Cel mai mare efort din toate timpurile pentru descoperirea antibioticelor utilizează inteligența artificială

Cel mai mare efort din toate timpurile pentru descoperirea antibioticelor utilizează inteligența artificială
iunie 10 15:15 2024
Articol scris de:
Timp citire articol: 4 minut(e)

O echipă internațională de cercetători a descoperit aproape un milion de surse potențiale de antibiotice în lumea naturală.

Cu aproape un secol în urmă, descoperirea antibioticelor, cum ar fi penicilina, a revoluționat medicina prin valorificarea abilităților naturale ale microbilor de a ucide bacteriile.

Acum, un nou studiu condus de cercetători de la facultatea de medicină Perelman de la Universitatea din Pennsylvania (Penn) sugerează că descoperirea antibioticelor din produse naturale este pe cale să accelereze într-o nouă eră, alimentată de inteligența artificială (AI).

„Există o nevoie urgentă de noi metode de descoperire a antibioticelor”, a declarat într-un comunicat profesorul Luis Pedro Coelho, de la Centrul de cercetare a microbiomului din cadrul Universității Queensland din Australia (QUT). Centrul studiază structura și funcția comunităților microbiene din întreaga lume.

„Este una dintre principalele amenințări la adresa sănătății publice, ucigând 1,27 milioane de oameni în fiecare an”, a precizat acesta.

În lipsa unei intervenții, se estimează că rezistența antimicrobiană (RAM) ar putea cauza până la 10 milioane de decese pe an până în 2050.

„Folosind inteligența artificială pentru a înțelege și a valorifica puterea microbiomului global, sperăm că vom stimula cercetarea inovatoare pentru rezultate mai bune în domeniul sănătății publice”, a spus prof. Coelho.

Cercetarea, publicată miercuri în revista Cell, detaliază modul în care cercetătorii au folosit o formă de inteligență artificială numită învățare automată pentru a căuta antibiotice într-un set vast de date care conține genomurile înregistrate a zeci de mii de bacterii și alte organisme primitive.

Acest efort fără precedent a produs până acum aproape un milion de potențiali compuși antibiotici, zeci dintre aceștia dovedind o activitate promițătoare în testele inițiale împotriva bacteriilor care provoacă boli.

„Inteligența artificială în descoperirea antibioticelor este acum o realitate și a accelerat semnificativ capacitatea noastră de a descoperi noi candidate de medicamente. Ceea ce înainte dura ani de zile poate fi realizat acum în câteva ore cu ajutorul computerelor”, a declarat autorul principal al studiului, César de la Fuente, profesor asistent specialist în psihiatrie, microbiologie, chimie, inginerie chimică și biomoleculară și bioinginerie la Perelman.

Natura a fost întotdeauna un loc bun pentru a căuta noi medicamente, în special antibiotice.

Bacteriile, omniprezente pe planeta noastră, au evoluat numeroase apărări antibacteriene, adesea sub forma unor proteine scurte („peptide”) care pot perturba membranele celulelor bacteriene și alte structuri critice.

Deși descoperirea penicilinei și a altor antibiotice derivate din produse naturale a revoluționat medicina, amenințarea tot mai mare a rezistenței la antibiotice (combaterea RAM) subliniază nevoia urgentă de noi compuși antimicrobieni.

În ultimii ani, de la Fuente și colegii săi de la Penn au fost pionieri în căutarea de antimicrobiene cu ajutorul AI. Aceștia au identificat candidați preclinici în genomurile oamenilor contemporani, ale oamenilor de Neanderthal și Denisovan dispăruți, ale mamutului lânos și ale altor sute de organisme.

Unul dintre obiectivele principale ale laboratorului este de a extrage informațiile biologice din lume pentru a găsi molecule utile, inclusiv antibiotice.

Pentru acest nou studiu, echipa de cercetare a folosit o platformă de învățare automată pentru a trece prin mai multe baze de date publice care conțin date genomice microbiene.

Analiza a acoperit 87.920 de genomuri de microbi specifici, precum și 63.410 amestecuri de genomuri microbiene – „metagenomuri” – din probe de mediu. Această explorare cuprinzătoare a cuprins diverse habitate din întreaga planetă.

În urma acestei ample explorări au fost identificate 863.498 de peptide antimicrobiene candidate, dintre care peste 90 % nu au mai fost descrise până acum.

Pentru a valida aceste descoperiri, cercetătorii de la Penn au sintetizat 100 dintre aceste peptide și le-au testat împotriva a 11 tulpini bacteriene cauzatoare de boli, inclusiv tulpini de E. coli și Staphylococcus aureus (stafilococul auriu) rezistente la antibiotice.

„Screeningul inițial a arătat că 63 dintre acești 100 de candidați au eradicat complet creșterea a cel puțin unuia dintre agenții patogeni testați, și adesea a mai multor tulpini”, a menționat de la Fuente. În unele cazuri, aceste molecule au fost eficiente împotriva bacteriilor la doze foarte mici, a precizat el.

Rezultate promițătoare au fost, de asemenea, observate pe modele animale preclinice, unde unii dintre compușii puternici au reușit să oprească cu succes infecțiile.

Analizele ulterioare au sugerat că multe dintre aceste molecule candidate distrug bacteriile prin întreruperea membranelor lor protectoare exterioare, pocnindu-le efectiv ca pe niște baloane.

Compușii identificați provin din microbi care trăiesc într-o mare varietate de habitate, inclusiv saliva umană, intestinele de porc, solul și plantele, corali și multe alte organisme terestre și marine. Acest lucru validează abordarea amplă a cercetătorilor în ceea ce privește explorarea datelor biologice din lume.

În general, rezultatele demonstrează puterea AI în descoperirea de noi medicamente, oferind multiple piste noi pentru dezvoltatorii de antibiotice și semnalând începutul unei noi ere promițătoare în descoperirea antibioticelor.

Echipa și-a publicat arhiva de potențiale secvențe antimicrobiene, pe care o numesc AMPSphere, care este cu acces liber și disponibil gratuit.

scrie un comentariu

0 Comentarii

Adaugă un comentariu