Ağır! AI süper antibiyotikleri keşfeder, ilaca dirençli bakterileri öldürür, moleküler tarama kanserin şafağı olur
Akıllı şeyler (genel hesap: zhidxcom) düzenle | Heart Fate
AI, tıbbi araştırma ve geliştirmenin olağanüstü değerini bir kez daha kanıtlıyor!
Smart Things News 21 Şubat'ta MIT sentetik biyoloji uzmanı Jim Collins (Jim Collins) liderliğindeki bir araştırma ekibi, Çığır açan makine öğrenimi yöntemi , Yazı tahtası Dünyada doğa bilimleri araştırmaları alanında en ünlü dergilerden biri "Cell" 20 Şubat kapak .
Bu method İlk defa, daha önceki insan varsayımlarını kullanmadan, güçlü bir yeni antibiyotik, sadece birkaç gün içinde 100 milyondan fazla molekülden oluşan bir kütüphaneden tarandı. Bu antibiyotiklerden biri, tüberküloz ve tedavi edilemez olduğu düşünülen suşlar da dahil olmak üzere dünyadaki en sorunlu patojenik bakterilerin çoğunu öldürebilir.
Pennsylvania'daki Pittsburgh Üniversitesi'nde hesaplamalı biyolog olan Jacob Durrant, bu araştırmanın mükemmel olduğuna inanıyor.Araştırma ekibi sadece aday genleri tanımlamakla kalmadı, aynı zamanda hayvan deneylerinde umut verici molekülleri de doğruladı.
Ek olarak, Yöntem ayrıca kanser ve nörodejeneratif hastalıklar gibi diğer ilaç türlerine de uygulanabilir.
Antiviral ilaçların araştırma ve geliştirilmesinde benzer AI araştırma yöntemleri uygulanabilirse, daha anlamlı olmalıdır.
Kağıt adresi: https://www.cell.com/action/showPdf?pii=S0092-8674%2820%2930102-1
1. Etkili antibiyotikler olmadan her yıl binlerce insan ölecek
Penisilinin keşfinden bu yana antibiyotikler modern tıbbın temel taşı haline geldi. Bununla birlikte, küresel olarak Bakterilerin antibiyotiklere direnci hızla artıyor.
Geçen yılın Mayıs ayında, o zamanki Birleşik Krallık Baş Sağlık Görevlisi Sally Davies ciddi bir uyarıda bulundu: Herhangi bir antimikrobiyal direnç önlemi alınmazsa, 2050 yılına kadar dünya çapında her yıl 10 milyon insanın öleceği tahmin ediliyor.
Ne yazık ki, son birkaç on yılda, yeni antibiyotikler keşfetmek giderek daha zor hale geldi. Yeni onaylanan antibiyotiklerin çoğu, mevcut ilaçların varyantlarıdır.
Yeni antibiyotikleri taramak için kullanılan mevcut yöntemler genellikle engelleyici şekilde pahalıdır, çok zaman gerektirir ve genellikle dar bir kimyasal çeşitlilik aralığıyla sınırlıdır.
"İnsanlar aynı molekülleri keşfetmeye devam ediyor." Collins, "Yeni etki mekanizmalarına sahip yeni kimyasallara ihtiyacımız var" dedi.
Collins ve ekibi, yeni antibiyotikler bulmak için, moleküllerin atom atom yapısal özelliklerini öğrenebilen derin bir sinir ağı modeli geliştirdi.
2. Önceden herhangi bir işaret olmadan, süper antibiyotikleri elemek için AI kullanın
Araştırmacılar Derin sinir ağını eğitmek için antibakteriyel aktiviteye sahip olduğu bilinen 2335 molekül seti kullanın E. coli'nin büyümesini engelleyen antibiyotik moleküllerini keşfetmek.
Moleküler koleksiyon, yaklaşık 300 onaylı antibiyotik ve bitki, hayvan ve mikrobiyal kaynaklardan elde edilen 800 doğal üründen oluşan bir kitaplık içerir.
Antibiyotikleri keşfetmek için yapay zekayı kullanın
Araştırmanın ortak yazarı ve Massachusetts Institute of Technology'de bir AI araştırmacısı olan Regina Barzilay, Algoritma, ilacın çalışma prensibini ve kimyasal gruplarını herhangi bir etiketlemeden moleküler fonksiyonları tahmin edebilir. "Bu nedenle, model insan uzmanların bilmediği yeni kalıpları öğrenebilir."
Modeli eğittikten sonra, araştırmacılar, insan hastalıkları araştırmalarında kullanılan yaklaşık 6.000 molekülü içeren "İlaç Geri Dönüşüm Merkezi" adlı bir kütüphaneyi taramak için kullandılar.
Modelden hangi moleküllerin etkili bir şekilde E. coli'yi engelleyeceğini tahmin etmesini istediler ve onlara yalnızca geleneksel antibiyotiklerden farklı görünen molekülleri gösterdiler.
Sonuçlardan, araştırmacılar fiziksel test için yaklaşık 100 aday molekül seçti. Bu şekilde araştırmacılar, etkili bir antibiyotik olduğu kanıtlanan diyabet tedavisi için çalışılan bir molekül buldular.
Araştırmacılar, "2001: A Space Odyssey" filminde sanal yapay zeka sistemi HAL adına atıfta bulunarak bu molekülü isimlendirdi. halisin .
Halisin, geniş spektrumlu bir bakterisidal antibiyotiktir
Fare deneylerinde molekül, aşağıdakiler de dahil olmak üzere çeşitli patojenlere karşı büyümeyi önleyici özellikler göstermiştir. Clostridium difficile suşları, Acinetobacter baumannii ve Mycobacterium tuberculosis , Hepsinin var "Pan ilaç direnci" ,ve Yeni antibiyotiklere acil ihtiyaç .
Halisin, fare enfeksiyon modellerinde etkinlik gösterir
Dünya Sağlık Örgütü'nün Acinetobacter baumannii, yeni antibiyotiklerin öncelikli tedavisine en çok ihtiyaç duyan patojenlerden biri olarak tanımlanmıştır. .
Acinetobacter baumannii türü, Irak ve Afganistan'da konuşlanmış birçok Amerikan askerini enfekte etti. Önceden, bilinen tüm antibiyotiklere dirençliydi ve yalnızca haloprotein içeren merhemler enfeksiyonu 24 saat içinde tamamen temizleyebiliyordu.
Halicin'in Acinetobacter baumannii CDC 288'e karşı aktivitesi
3. Bakterilerin direncini yok edin ve insan vücudu için düşük toksisiteye sahip
Antibiyotikler, hücre duvarı biyosentezinde, DNA onarımında veya protein sentezinde rol oynayan enzimleri bloke etmek gibi çeşitli mekanizmalarla çalışır.
Ancak protonin mekanizması alışılmadık bir şeydir: Hücre zarındaki proton akışını bozar.
Ön araştırma gösteriyor ki Halisin, bakterileri hücre zarı üzerinde elektrokimyasal gradyanı koruma yeteneklerini bozarak öldürür.
Halisin mekanizması üzerine araştırma
Diğer işlevlerin yanı sıra, bu gradyan ATP'nin (hücrelerin enerjiyi depolamak için kullandığı molekül) üretimi için gereklidir, bu nedenle gradyan kırılırsa hücre ölür. Araştırmacı şöyle dedi: Bu öldürme mekanizması, bakterilerin direnç geliştirmesini zorlaştırabilir.
Makalenin ilk yazarı ve MIT'de doktora sonrası araştırmacı olan Jonathan Stokes şunları söyledi: Zar bileşenleriyle ilişkili olabilecek moleküller ile uğraşırken, hücrenin onu değiştirmek için tek bir mutasyon veya birkaç mutasyon edinmesi gerekmez. Dış zarın kimyasal yapısı. Bu tür mutasyonlar daha karmaşık olma eğilimindedir ve gelişmeleri daha zordur. "
İlk hayvan deneylerinde, bu molekülün aynı zamanda Düşük toksisite Ve sahip Güçlü direnç .
Collins, deneylerde diğer antibiyotik bileşiklerine karşı direncin genellikle birkaç gün içinde ortaya çıktığını söyledi. "fakat Bu tür testlerden 30 gün sonra bile halisine karşı herhangi bir direnç bulamadık. "
Antibiyotik siprofloksasin ile karşılaştırıldığında, bakteriler 1-3 gün içinde antibiyotik siprofloksasine direnç geliştirmeye başladı 30 gün sonra, bakterinin siprofloksasine direnci deneyin başlangıcının 200 katı idi.
Halisin tespit edildikten sonra araştırma ekibi ayrıca 107 milyondan fazla molekülün yapısı, yaklaşık 1.5 milyar bileşiğin bulunduğu ZINC15 veri tabanından tarandı. 23 aday listeden sadece üç günde, fiziksel testler antibakteriyel aktiviteye sahip 8 molekül belirledi Yapıları bilinen antibiyotiklerden farklıdır.
Bu moleküllerden ikisi, güçlü geniş spektrumlu aktiviteler gösterir; bu, çeşitli patojenleri etkili bir şekilde inhibe edebilecekleri ve hatta E. coli'deki bir dizi antibiyotik direnç belirleyicisinin üstesinden gelebilecekleri anlamına gelir.
Wuxi Anti-tuberculosis Database ve ZINC15 Database'den model tahminleri
Araştırmacılar şimdi bu molekülleri daha fazla test etmeyi ve daha fazla ZINC15 veritabanını taramayı planlıyor.
Pittsburgh'daki Carnegie Mellon Üniversitesi'nde hesaplamalı biyolog olan Bob Murphy şunları söyledi: "Bu araştırma Potansiyel ilaç özelliklerini keşfetmek ve tahmin etmek için hesaplama yöntemlerini kullanın İyi bir örnek eklendi. "
Yapay zeka yöntemlerinin daha önce, yeni antibiyotikler içerebilecek molekül türlerini belirlemek için büyük gen ve metabolit veri tabanları bulmak için kullanıldığına dikkat çekti.
Ancak Collins ve ekibi yaklaşımlarının farklı olduğunu belirttiler. Belirli yapıları veya moleküler kategorileri aramak yerine, belirli aktivitelere sahip molekülleri bulmak için kendi ağınızı eğitin.
Araştırma ekibi şimdi, klinik araştırmalar için halisin üzerinde daha fazla çalışma yapmak için ilaç şirketleri veya kar amacı gütmeyen kuruluşlarla işbirliği yapmayı umuyor.
Ayrıca daha fazla yeni antibiyotik keşfetme yolunu genişletmeyi, modellerini yeni antibiyotikler tasarlamak ve mevcut molekülleri optimize etmek için kullanmayı umuyorlar.
Örneğin, modeli belirli bakterilere belirli antibiyotikleri hedefleme yeteneği eklemek için eğitebilirler, böylece hastanın sindirim sistemindeki yararlı bakterileri öldürmelerini önleyebilirler.
Balzile, son çalışmalarının bir konsept kanıtı olduğunu söyledi. "Bu araştırma her şeyi bir araya getiriyor ve neler yapabileceğini gösteriyor."
Sonuç: AI, erken antibiyotik taramasında önemli bir etkiye sahip olabilir
Bu araştırma yalnızca bileşik tanımlamanın doğruluğunu artırmakla kalmaz, aynı zamanda tarama maliyetini de düşürür ve makine öğrenimi teknolojisinin erken antibiyotik keşfinde oynayabileceği önemli rolü vurgulamaktadır.
Technion-Israel Institute of Technology'de biyoloji ve bilgisayar bilimi profesörü Roy Kishony, "Bu çığır açan araştırma, Antibiyotik keşfinde ve hatta daha genel olarak ilaç keşfinde bir paradigma kayması olmuştur. "
Ona göre, bu yaklaşım, derin öğrenme tekniklerinin, keşiften ilaç modifikasyonu ve tıbbi kimya yoluyla etkililik ve toksisitenin iyileştirilmesine kadar, antibiyotik geliştirmenin tüm aşamalarına uygulanmasına da izin verecektir.
Orijinal: Doğa, Hücre, MIT Haberleri
Okuduğunuz için teşekkürler. Gemide takip etmek ve sizi teknolojide ön plana çıkarmak için tıklayın ~
