Szuperantibiotikumot fedezett fel a mesterséges intelligencia a szuperbaktériumok ellen
2020 / 02 / 21 / bobak.zsofia
Szuperantibiotikumot fedezett fel a mesterséges intelligencia a szuperbaktériumok ellen
Ez volt az első alkalom, hogy az algoritmust hagyták teljesen egyedül kutatni és dönteni, és rögtön átütő sikerrel járt.

HAL, a 2001: Űrodüsszeia számítógépe lehet, hogy nem kelt kellemes emlékeket azokban, akik látták a filmet, de egyvalamit biztosan kijelenthetünk vele kapcsolatban: tudta, hogyan kell önálló döntéseket hozni. Akárcsak az az algoritmus, melyet az MIT (Massachusetts Institute of Technology) kutatói alkalmaztak a legújabb kísérletükben, melynek során új antibiotikum fajták keresésére utasították a gépet. Nem magát a komputermodellt, hanem az általa kiválasztott, minden eddiginél hatásosabb gyógyszert keresztelték el végül Arthur C. Clarke legendás gyilkos számítógépe után halicinnak, így lehetséges, hogy a névvel az új szuperantibiotikum kétségkívül hatékony, baktériumok számára végzetes képességeire utalnak. Akármelyik magyarázat bizonyul igaznak, a lényeg, hogy a kutatás áttörést hozott nem csak a gyógyszerfejlesztés, hanem az abban alkalmazott módszerek területén is. A mélytanulási rendszerek segítségét már korábban is igénybe vették a gyógyszertesztelések során, azonban az algoritmusok eddig nem voltak elég pontosak ahhoz, hogy a teljes folyamatot rájuk lehessen bízni.

Korábban az átvizsgált molekulák bizonyos kémiai csoportok jelenlétére, vagy hiányára utaltak, melyből a komputer előrejelzési modellt prezentált a kutatók számára, most azonban teljes mértékben az algoritmusra bízták, hogy találja meg a megfelelő gyógyszert, pontosabban a gyógyszer alapanyagául szolgáló molekulákat, mely hatásos egy speciális baktériumfajtával szemben. Az E.coli levadászására és eliminálására alkalmas összetevő azonosítására a modellt először kétezerötszáz molekula, köztük ezerhétszáz, az FDA (Food and Drug Administration) által elfogadott gyógyszeralapanyag adatainak betáplálásával tanították, majd a Broad Institute’s Drug Repurposing Hub könyvtárának hatezer összetevőjének átvizsgálásával tesztelték le.

A modell kiválasztotta azt az egy molekulát, amely a legerősebb antibakteriális jellemzővel rendelkezik, és a kémiai összetétele eltér minden létező antibiotikumétól.

Ez még csak fél siker volt, azt is el kellett dönteni, vajon emberekre nézve veszélytelen e az új összetevő. Egy másik mélytanulási rendszert alkalmazva a kutatók azt is megállapították, hogy a molekula valószínűleg alacsony toxicitású az emberi sejtekre nézve.  A kutatók izoláltak, majd petricsészékben kitenyésztettek többféle baktériumtörzset, köztük a Clostridium difficile-t, az Acinetobacter Baumannii-t, mely rengeteg Irakban és Afganisztánban állomásozó katonát fertőzőtt meg, valamint a Mycobacterium tubercolosist. A halicin névre keresztelt molekula hatásosnak bizonyult minden egyes baktérium ellen, kivéve a Pseudomonas aeruginosa-t, mely egy különösen nehezen kezelhető, tüdőt támadó kórokozó. Ezután következtek az állatokon végzett kísérletek, melynek során az A. baumanniival megfertőzött egereket halicin-tartalmú kenőccsel kezelték.

A fertőzést, mely eddig ellenállt a világ minden használatban lévő antibiotikumának, az új gyógyszer huszonnégy órán belül meggyógyította. 

A tanulmány felfedi a stratégiát, mellyel a halicin legyőzi az ellenfeleit. A molekula megzavarja a baktériumnak azt a képességét, mellyel fenntartja az elektrokémiai gradiensét (potenciálját), vagyis a protonok áramlását a sejtmembránok között. Ez a gradiens teszi lehetővé néhány életbevágó funkció működését, például az ATP (energiatároló molekulák) képzését, melynek hiányában a baktérium nem képes a további létfenntartásra, így, a gradiens megszüntetése vagy megzavarása a sejtek halálához vezet. Ez az új típusú hadviselés azért rendkívül hatékony és ígéretes a jövő gyógyszerfejlesztéssel kapcsolatos kutatásaira nézve, mert a baktériumok nehezen tudnak ellene védekezni, illetve ellenállóvá válni. “Mikor egy olyan molekulával van dolga, amely a membrán komponenseivel hozható összefüggésbe, a sejt nem feltétlenül sajátítja el egyetlen mutáció vagy akár több mutáció ideje alatt a képességet, hogy megváltoztassa a külső membrán kémiai összetételét.” - mondta Jonathan Stokes, a kísérletek vezetője.

Az E.coli nem alakított ki rezisztenciát a halicinnal szemben a harminc napos kezelési időszak alatt. Ezzel ellentétben a baktérium a ciprofloxacinnal szemben mindössze egy nap után kezdett rezisztenssé válni, majd a harminc nap letelte után már kétszázszor ellenállóbb lett, mint a teszt elején.

Mivel a baktériumok rezisztenciája az antibiotikumokkal szemben egyre nagyobb problémát okoz világszerte, olyannyira, hogy becslések szerint 2050-re a különböző fajta gyógyszereknek ellenálló fertőzések tíz millió ember halálát okozhatják minden évben, egy olyan új gyógyszer felfedezése, mely gátat szabhat ennek a tendenciának, nagy előrelépést jelenthet az orvostudomány számára.

A jövőben a tudósok az algoritmus szerepének kiterjesztését tervezik, bevonnák például a már meglévő molekulák működésének optimalizálásába, vagy új antibiotikumok felfedezésébe. Így lehetőség lenne akár arra is, hogy az antibiotikumokat fejlesztve kialakítsanak olyan új képességeket, mint a sokkal precízebb célzás (targeting), mely csak az ellenséges baktériumokat pusztítaná el, a jótékony mikroorganizmusokat a páciens bélflórájában sértetlenül hagyná.

“Ez a forradalmi munka paradigmaváltást jelent az antibiotikumok felfedezése terén, és általában a gyógyszerfejlesztésben” - mondta Roy Kishony, az Izraeli Technológiai Intézet biológusa.

“Ez a megközelítés lehetővé teszi, hogy a mélytanulási folyamatokat használjuk az antibiotikumok fejlesztése során, a felfedezéstől kezdve a nagyobb hatékonyságon át a gyógyszerészeti kémiáig.”

(Fotó: Wikimedia Commons, Flickr/maxorz)

Ha tetszett ez a cikk, kövess minket a Facebookon is!

 

 


Kövesd a Rakétát a Facebookon is!
Kövess, üzenj, kommentelj a Rakéta Facebook oldalán!
Ezek is érdekelhetnek