Umetna inteligenca našla nove antibiotike

Ameriški raziskovalci so z izvirno rabo strojnega učenja našli spojine z antimikrobnimi učinki, ki uničujejo tudi nekatere najbolj trdovratno odporne bakterije, a so hkrati drugačne od vseh doslej znanih oblik antibiotikov. Gre za pomemben preboj v izkoriščanju algoritmov za iskanje novih zdravil.

Rastoča odpornost bakterij na antibiotike je ena največjih nevarnosti za človekovo zdravje. Trenutno poberejo okoli 700.000 življenj letno po svetu, vse več od njih v razvitih državah; do leta 2050 bi lahko številka dosegla milijon žrtev letno, pravi WHO. Eden od problemov v tem oziru so skokovito rastoči stroški razvoja novih zdravil zanje, kar je v mnogočem posledica dejstva, da smo že bolj ali manj izčrpali klasične metode iskanja antibiotikov, zaradi česar se farmacevtski koncerni neradi lotevajo tovrstnih raziskav. Hkrati je družba nezmožna sprejeti ukrepe, ki bi bi bili potrebni za upočasnitev širjenja rezistence, kot je drastična omejitev predpisovanja zdravil ali rabe antibiotikov v živinoreji.

Za preboj v iskanju novih zdravil očitno potrebujemo povsem originalne pristope in z enim od njih so zdaj uspeli v Massachusetts Institute of Technology, kjer so za iskanje želenih snovi zapregli samosvoj strojni algoritem. Kakor pišejo v reviji Cell, to še zdaleč ni prva raba umetne inteligence za iskanje zdravil, toda njihov algoritem se od prejšnjih razlikuje v dveh važnih postavkah. Prvič, strojna pamet se ni osredotočala na zgradbo spojin, temveč na njihove biološke učinke; in drugič, raziskovalci so računalniku naložili, naj se sploh ne ukvarja z že poznanimi mehanizmi delovanja, temveč išče zgolj še doslej neznane. Namera je bila torej najti ne le nova zdravila, temveč sploh nove načine boja proti bakterijam. Po rezultatih sodeč jim je uspel korenit preskok v razumevanju antimikrobnega delovanja.

Algoritem na osnovi globokih nevronskih mrež so najprej izurili na 2335 molekulah z znanimi antimikrobnimi učinki. Nato so ga poslali na lov za morebitnimi koristnimi snovmi v bazi 6000 molekul, ki so bile v fazi raziskav za zdravljenje raznoraznih bolezni. Računalnik je vrnil stoterico kandidatov, med katerimi so s fizičnimi poskusi našli spojino halicin (poimenovali so jo po računalniku HAL9000), ki je bila sicer mišljena kot zdravilo za diabetes, a se je izkazalo, da je v resnici zelo močan antibiotik. Med drugim se odlično spopada z bakterijama Clostridium difficile in Acinetobacter baumannii; slednja spada med najbolj nevarne "supermikrobe" na svetu. Nato je sledilo še prečesavanje 107 milijonov molekul v banki podatkov ZINC15, od koder so potegnili še osem potencialnih novih antibiotikov.

Navdušujoče pri halicinu je, da je algoritmu res uspelo najti doslej še neznan mehanizem učinkovanja. Medtem ko uveljavljeni antibiotiki običajno motijo delovanje encimov, ki so v bakterijah zadolženi za popravilo celičnih sten ali sintezo beljakovin, pa halicin blokira potovanje protonov skozi celične membrane. Posebno zanimivo je, da bakterije očitno še nimajo načinov, s katerimi bi se nanj hitro prilagodile. Kljub temu nas od uporabnih zdravil loči vsaj še nekaj let. Fizične eksperimente so izvajali na miših ter gojenih celičnih kulturah, zato obetajoče snovi zdaj čakajo testi toksičnosti za človeka in naposled, upajmo, klinični preizkusi na ljudeh.