Победа над супербактериями: искусственный интеллект нашел мощный антибиотик

Супербактерии не зря так называются, ведь они действительно обладают настоящими суперспособностями. Только, к сожалению, людям они ничего хорошего не сулят.

Супербактерии — это возбудители инфекционных болезней, которые устойчивы сразу к нескольким антибиотикам, традиционно использующимся для лечения соответствующего заболевания.

Именно множественная устойчивость супербактерий отличает их от обычных резистентных штаммов — те устойчивы только к одному препарату или же к нескольким, но из одного класса. Супербактерии крайне опасны, потому что перед ними мы практически безоружны: против таких инфекций буквально ни один препарат не помогает.

Подобные инфекции возвращают нас в начало XX века, когда антибиотиков еще не было, а надеяться приходилось лишь на иммунитет пациента.

Победа над супербактериями: искусственный интеллект нашел мощный антибиотик

Инкубаторы резистентности

Чтобы открыть антибиотики, человечеству понадобилось несколько тысячелетий. Бактериям, чтобы развить устойчивость к ним, понадобилось немногим более 50 лет. И кто после этого вершина эволюции? Особенно если учесть, что способствовали этому процессу сами люди. Как же такое могло произойти?

Чтобы бактерии могли развивать свои суперспособности, в одном месте должно быть большое скопление различных штаммов и видов бактерий, восприимчивых к ним организмов (животных или людей), а также антибиотики в невысоких концентрациях. По этой причине больницы и животноводческие хозяйства — просто идеальные инкубаторы по выведению супербактерий.

Победа над супербактериями: искусственный интеллект нашел мощный антибиотик

    ЗдравоохранениеМедицинаПрофилактика

Как и любые другие организмы, бактерии постоянно мутируют. Появление множества случайных мутаций — основа естественного отбора: если новая мутация позволяет организму лучше выживать в окружающей среде и оставлять больше потомства, то такой ген будет закрепляться и распространяться в популяции. Если нет — мутация быстро отсеивается отбором, так как не передается следующим поколениям.

В случае бактерий этот процесс становится крайне заметным по двум причинам. Во-первых, многие бактерии очень быстро размножаются. Буквально за пару часов успевает смениться несколько поколений. А чем интенсивнее размножение, тем быстрее появляются новые мутации.

Во-вторых, бактерии обладают еще одной суперспособностью: они могут обмениваться друг с другом полезными генами с помощью специальных кусочков ДНК — плазмид. Это позволяет бактерии делиться важными генами не только со своим потомством, но и с соседями. Причем, такой перенос может происходить даже между бактериями разных видов.

Что позволяет новым полезным мутациям особенно быстро распространяться в тесных сообществах бактерий.

Победа над супербактериями: искусственный интеллект нашел мощный антибиотик

Для развития устойчивости также важно, чтобы антибиотик присутствовал именно в небольших концентрациях. Если концентрация высокая, как должно быть при лечении, то бактерии сразу гибнут, и никаких шансов развить устойчивость у них не появляется.

Но если антибиотика недостаточно для гибели клеток, то бактерии получают шанс размножаться и «прокачивать» свои суперспособности, развивая устойчивость к препарату. Если же бактерия размножается в присутствии сразу нескольких антибиотиков, то она может выработать устойчивость ко многим препаратам.

Такие условия могут возникнуть при незаконченном курсе лечения антибиотиками, при приеме неполной назначенной дозы (или если назначена недостаточная дозировка), а также при частой необоснованной смене препаратов.

Болезнетворные бактерии, оставшиеся в организме пациента, могут таким образом «тренироваться». Еще хуже, когда антибиотики попадают в сточные воды и другие отходы, что часто случается в животноводческих хозяйствах при бесконтрольном или неправильном применении антибиотиков.

Здесь их концентрация падает значительно ниже минимальной подавляющей, смешиваются сразу множество разных препаратов, и с ними могут контактировать не только болезнетворные бактерии, но и представители неопасной для человека флоры.

Что плохо, так как неопасные бактерии тоже развивают устойчивость и впоследствии могут передать ее с помощью плазмид болезнетворным собратьям. Просто идеальные условия для выработки множественной устойчивости.

Суперзлодеи нашего времени

Победа над супербактериями: искусственный интеллект нашел мощный антибиотик

Супербактерии уже стали серьезной проблемой здравоохранения. Еще в 2014 году ВОЗ в своем докладе о проблемах антибиотикорезистентности обозначала супербактерии как одну из глобальных угроз.

Вопросы борьбы с резистентностью также обсуждались в ходе 71 генассамблеи ООН, по итогам которой в том числе Минздрав РФ начал разработку национальной стратегии по борьбе с антибиотикорезистентными штаммами.

Goldman Sachs Group в одном из своих докладов делали неутешительный прогноз, что к 2050 году антибиотикорезистентные микроорганизмы унесут жизни 360 миллионов человек, а экономический ущерб составит 100 триллионов долларов, если в мире не примут меры для предотвращения их распространения.

Особенно тревожно обстоит ситуация с туберкулезом. Эта инфекция даже при нормальной чувствительности возбудителей к противотуберкулезным препаратам требует длительного лечения. А в случае штаммов с множественной устойчивостью приходится применять сложные схемы с большим количеством препаратов, которые тоже не всегда оказываются эффективны. Тогда болезнь становится фатальной.

К сожалению, полирезистентные штаммы микобактерий туберкулеза весьма широко распространены на постсоветском пространстве.

Это связывают с неполноценным лечением туберкулеза в тюрьмах в 90-е годы: частые перебои с препаратами приводили к постоянным перерывам в лечении или использованию только одного препарата вместо необходимой комбинации из трех или пяти.

Что в свою очередь создавало отличные условия для селекции полирезистентных штаммов, а плохие бытовые условия и скученное проживание способствовали их быстрому распространению среди заключенных.

Усугубляет общую проблему резистентности еще и то, что последние 15 лет крупные фармкомпании недостаточно занимались разработкой новых антибиотиков, сосредоточившись на других заболеваниях.

Учитывая, что от начала разработки препарата до выхода его на рынок проходит около 10 лет, в ближайшие годы каких-либо прорывов в этой области ждать не стоит.

Поэтому основные усилия во всех стратегиях направлены на замедление формирования резистентности к уже имеющимся препаратам и на замедление распространения резистентных штаммов.

Победа над супербактериями: искусственный интеллект нашел мощный антибиотик

Супероружие против супербактерий в руках каждого из нас

Супероружие оказалось настолько простым по своей сути, что лишает финал истории всей поэтичности: чтобы затормозить развитие резистентности, нужно разумно использовать антибиотики. Все. Но, как часто это бывает, самые простые решения сложнее всего реализовать на практике. Под разумным использованием антибиотиков понимаются следующие шаги.

  • Существенное сокращение использования антибиотиков в сельском хозяйстве и отказ от профилактического добавления антибиотиков в корм здоровым животным.
  • Продажа антибиотиков в аптеках только по назначению врача.
  • Выделение препаратов резерва, используемых только в исключительных случаях. Это позволяет иметь запас препаратов, с которыми бактерии еще не знакомы, — своего рода секретное оружие.
  • Прием антибиотиков только по назначению врача, назначение их только в тех случаях, когда это действительно необходимо, в адекватных дозах и при предварительном определении чувствительности возбудителя к препарату.

На последнем пункте стоит остановиться подробнее, так как его реализация зависит от каждого из нас. Важно помнить, что для начала курса антибиотиков должен быть действительно серьезный повод, и препарат должен обязательно назначить врач.

Нельзя пить антибиотики при обычной простуде (это вообще лишено смысла, антибиотики не действуют на вирусы, вызывающие простуду), небольшом пищевом отравлении (здесь справятся собственный иммунитет и абсорбенты), использовать мази с антибиотиками при небольших неинфицированных ранах и в других подобных случаях.

Победа над супербактериями: искусственный интеллект нашел мощный антибиотик

К сожалению, врачи тоже склонны к избыточному назначению антибиотиков из предосторожности или по настоянию пациентов, у них не всегда есть время и желание объяснять, почему в данном случае антибиотик не нужен.

А некоторые и вовсе сами не понимают этого.

Если врач назначил вам антибиотик, всегда можно еще раз уточнить, действительно ли он нужен, и ни в коем случае не настаивать самому на таком лечении, если врач не считает его необходимым.

Победа над супербактериями: искусственный интеллект нашел мощный антибиотик

    ЗдравоохранениеМедицинаОнкология

А вот прием заниженных доз или преждевременное прекращение курса чаще всего происходят по вине самих пациентов. Дело в том, что при многих инфекциях самочувствие пациента улучшается еще за 1—2 дня до того, как возбудитель будет полностью побежден.

И если человек, почувствовав улучшение, прекращает принимать препарат, это дает шанс болезнетворным бактериям, оставшимся в организме, не только взять реванш, но и развить устойчивость к использованному препарату. Для лечения рецидива препарат приходится менять, и если пациент опять прекращает курс раньше времени, мы уже можем получить штамм с множественной устойчивостью.

По этой же причине опасно пропускать прием препарата: в это время его концентрация в крови падает ниже минимальной подавляющей, что опять дает бактериям шанс.

Открытие антибиотиков в середине XX века позволило сделать настоящий прорыв в медицине и вывести лечение инфекционных заболеваний на новый уровень.

В XXI веке мы сталкиваемся с новым вызовом: супербактерии могут отбросить нас на столетие назад и снова сделать беззащитными перед инфекциями.

Читайте также:  Перловая крупа – для красивой кожи и против вирусов

И пока фармкомпании заняты гонкой вооружений с супербактериями, разрабатывая новые высокоэффективные антибиотики, каждый из нас должен внести свой вклад в замедление развития резистентности к уже существующим препаратам, разумно подходя к антибиотикотерапии.

Ученые изобрели мощный антибиотик против супербактерий — BBC News Україна

Победа над супербактериями: искусственный интеллект нашел мощный антибиотик

Автор фото, SPL

Ученые в США модифицировали важный антибиотик ванкомицин в надежде справиться с одной из самых опасных в мире бактерий.

Как сообщает еженедельник Национальной академии наук США PNAS, новая версия лекарства создавалась с огромным запасом прочности и стала в тысячу раз сильнее старой.

Она борется с так называемыми супербактериями сразу тремя способами, практически не оставляя им шансов на выживание.

Впрочем, новое лекарство еще только предстоит испытать на животных, а затем и на людях.

Группа ученых из Исследовательского института Скриппса надеется, что в случае успешных клинических испытаний модифицированный ванкомицин можно будет применять уже через пять лет.

Эксперты уже на раз предупреждали, что мы стоим на пороге «пост-антибиотиковой эпохи», когда некоторые инфекции перестанут поддаваться лечению.

Среди инфекций, трудно поддающихся лечению и вызывающих опасения у врачей, выделяют ванкомицин-резистентный энтерококк (ВРЭ).

ВРЭ был обнаружен в больницах, он может вызывать серьезные инфекции ран и заражение крови и, по мнению ВОЗ, представляет серьезнейшую угрозу человеческому здоровью.

Підпис до фото,

Чашка Петри с колонией бактерий

Некоторые антибиотики по-прежнему эффективны против ВРЭ, однако ванкомицин, которому уже 60 лет, в данном случае бессилен.

Группа ученых из Института Скриппса решила выяснить, смогут ли они преобразовать ванкомицин и восстановить его убойную силу.

Они модифицировали молекулярную структуру старого лекарства таким образом, чтобы оно максимально успешно атаковало бактерии в самом уязвимом месте, разрушая их клеточные стенки.

Три модификации оказались стратегически наиболее важными, повысив силу и продолжительность действия лекарства.

«Сначала мы внесли одно изменение в молекулу ванкомицина, которое позволило решить проблему устойчивости к этому лекарству, — поясняет доктор Дэйл Боджер, руководивший группой исследователей. — А затем мы внесли в молекулу еще два небольших изменения, которые открыли лекарству два новых способа уничтожения бактерий».

Таким образом у антибиотика появилось сразу три, как мы их называем, «механизма» убийства бактерий, — продолжает ученый. — И устойчивость к такому антибиотику будет очень трудно развить. Ведь эта молекула создана специально для решения проблемы возникновения резистентности».

Модифицированное лекарство смогло убить образцы ВРЭ в лабораторных условиях и практически не потеряло своей эффективности после 50 циклов работы с бактериями.

«Живые организмы не в состоянии одновременно искать пути обхода трех независимых механизмов их уничтожения, — говорит доктор Боджер. — Даже если они найдут решение одной проблемы, они все равно будут убиты двумя другими. Так что врачи могут использовать модифицированный ванкомицин, не опасаясь возникновения устойчивости к нему».

Ии нашел самый мощный антибиотик. у него ушло на это несколько часов — новости на tj

С помощью специального алгоритма машинного обучения американским ученым удалось выявить вещество, способное справиться со многими лекарственно-устойчивыми бактериями, включая возбудитель туберкулеза.

Соединение назвали халицин — в честь ИИ из фильма «Космическая одиссея 2001 года». Оно уже доказало свою эффективность, вылечив лабораторных мышей с множественной лекарственной устойчивостью.

Через 3 дня поисков, алгоритм выдал ученым список из еще 23 соединений, проверка которых пока не завершена.

Антибиотики дали человечеству возможность лечить целый ряд опасных болезней. Однако бактерии быстро вырабатывают резистентность, так что многие из существующих препаратов уже неэффективны. Между тем, возможности создавать новые антибиотики ограничены.

В поисках новых антибактериальных препаратов исследователи из Массачусетского технологического института обратились к помощи искусственного интеллекта.

Команда, о работе которой рассказывает Guardian, скормила алгоритму глубокого обучения информацию об атомной и молекулярной структуре 2500 природных и синтезированных антибиотиков, а также их эффективности против кишечной палочки Escherichia coli.

Затем исследователи попросили программу проанализировать библиотеку из 6000 соединений, тестируемых для лечения различных болезней. Задачей алгоритма было отобрать молекулы, способные эффективно бороться с бактериями, но непохожие по структуре на существующие антибиотики. Это должно было повысить шансы найти соединения, уничтожающие микроорганизмы принципиально новыми способами.

Всего за несколько часов алгоритм выделил несколько веществ-кандидатов.

Одно из них, несостоявшееся лекарство от диабета (показало плохие доклинические результаты, а как антибиотик разработчики его не протестировали), выглядело особенно перспективно.

Ученые назвали его халицин — в честь искусственного интеллекта HAL из фильма «Космическая одиссея 2001 года». По структуре это соединение не было похоже ни на один известны антибиотик.

Эксперименты подтвердили, что халицин может уничтожать целый ряд лекарственно-устойчивых микроорганизмов, включая возбудителя туберкулеза Mycobacterium tuberculosis и резистентные к новейшим антибиотикам штаммы бактерий из семейства Enterobacteriaceae. Кроме того, препарат вылечил лабораторных мышей от Clostridium difficile и Acinetobacter baumannii с множественной лекарственной устойчивостью.

«Я думаю, что это один из самых мощных антибиотиков, которые были обнаружены на сегодняшний день, — заявил Джеймс Коллинз, биоинженер из команды MIT. — Он обладает очень высокой активностью против широкого спектра устойчивых к антибиотикам патогенов». При этом для клеток человека он нетоксичен.

После открытия халицина команда загрузила в алгоритм данные о 107 млн химических соединений.

Три дня спустя программа выдала список из 23 потенциальных антибиотиков, восемь из которых подтвердили свою эффективность в экспериментах, а еще два могут оказаться особенно сильными.

Авторы отмечают, что без использования искусственного интеллекта протестировать такое количество веществ было бы невозможно.

Теперь исследователи намерены использовать алгоритм, чтобы обнаружить молекулы, эффективные против конкретных бактерий. При приеме таких антибиотиков можно будет избежать гибели полезных симбиотических микроорганизмов. Другая задача, которую исследователи также намерены попробовать решить при помощи этого алгоритма, — разработка новых антибиотиков с нуля.

Ии нашел самый мощный антибиотик. у него ушло на это всего несколько часов

С помощью специального алгоритма машинного обучения американским ученым удалось выявить вещество, способное справиться со многими лекарственно-устойчивыми бактериями, включая возбудитель туберкулеза.

Соединение назвали халицин — в честь ИИ из фильма «Космическая одиссея 2001 года». Оно уже доказало свою эффективность, вылечив лабораторных мышей с множественной лекарственной устойчивостью.

Через 3 дня поисков алгоритм выдал ученым список из еще 23 соединений, проверка которых пока не завершена.

Антибиотики дали человечеству возможность лечить целый ряд опасных болезней. Однако бактерии быстро вырабатывают резистентность, так что многие из существующих препаратов уже неэффективны. Между тем, возможности создавать новые антибиотики ограничены.

В поисках новых антибактериальных препаратов исследователи из Массачусетского технологического института обратились к помощи искусственного интеллекта.

Команда, о работе которой рассказывает Guardian, скормила алгоритму глубокого обучения информацию об атомной и молекулярной структуре 2500 природных и синтезированных антибиотиков, а также их эффективности против кишечной палочки Escherichia coli.

Затем исследователи попросили программу проанализировать библиотеку из 6000 соединений, тестируемых для лечения различных болезней. Задачей алгоритма было отобрать молекулы, способные эффективно бороться с бактериями, но непохожие по структуре на существующие антибиотики. Это должно было повысить шансы найти соединения, уничтожающие микроорганизмы принципиально новыми способами.

Всего за несколько часов алгоритм выделил несколько веществ-кандидатов.

Одно из них, несостоявшееся лекарство от диабета (показало плохие доклинические результаты, а как антибиотик разработчики его даже не рассматривали), выглядело особенно перспективно.

Ученые назвали его халицин — в честь искусственного интеллекта HAL из фильма «Космическая одиссея 2001 года». По структуре это соединение не было похоже ни на один известный антибиотик.

Эксперименты подтвердили, что халицин может уничтожать целый ряд лекарственно-устойчивых микроорганизмов, включая возбудителя туберкулеза Mycobacterium tuberculosis и резистентные к новейшим антибиотикам штаммы бактерий из семейства Enterobacteriaceae. Кроме того, препарат вылечил лабораторных мышей от Clostridium difficile и Acinetobacter baumannii с множественной лекарственной устойчивостью.

«Я думаю, что это один из самых мощных антибиотиков, которые были обнаружены на сегодняшний день, — заявил Джеймс Коллинз, биоинженер из команды MIT. — Он обладает очень высокой активностью против широкого спектра устойчивых к антибиотикам патогенов». При этом для клеток человека он нетоксичен.

После открытия халицина команда загрузила в алгоритм данные о 107 млн химических соединений.

Три дня спустя программа выдала список из 23 потенциальных антибиотиков, восемь из которых подтвердили свою эффективность в экспериментах, а еще два могут оказаться особенно сильными.

Авторы отмечают, что без использования искусственного интеллекта протестировать такое количество веществ было бы невозможно.

Теперь исследователи намерены использовать алгоритм, чтобы обнаружить молекулы, эффективные против конкретных бактерий. При приеме таких антибиотиков можно будет избежать гибели полезных симбиотических микроорганизмов. Другая задача, которую исследователи также намерены попробовать решить при помощи этого алгоритма, — разработка новых антибиотиков с нуля.

Создание новых антибиотиков — не единственный подход к борьбе с бактериями. Например, австралийские ученые обнаружили, что сочетание уже одобренных препаратов позволяет уничтожать бактерии внутри биопленок. Обычным антибиотикам эта задача не под силу.

Читайте также:  Календарь прививок: что нужно сделать перед отпуском?

Искусственный интеллект нашёл новый антибиотик

Антибиотик от искусственного разума оказался эффективным против самых лекарственноустойчиых бактерий.

Если мы хотим сделать новый антибиотик, мы сначала должны решить, что именно в бактериальной клетке мы хотим испортить. Это может быть, например, какой-нибудь фермент, необходимый для постройки клеточной стенки, или фермент, участвующий в синтезе белков. Зная структуру молекулы-мишени, мы конструируем молекулу антибиотика, который будет связываться с мишенью и отключать её.

При этом мы, конечно, помним, что антибактериальных веществ на свете существует множество, так что мы можем взять какое-нибудь готовое вещество и усовершенствовать его, добавив к нему химические группы, которые, как нам кажется, должны повысить его эффективность.

Проблема в том, как из огромного количества уже существующих и потенциально возможных соединений выбрать наиболее перспективное.

Здесь не мог не появиться искусственный интеллект, и в статье, которая вышла на днях в Cell, речь идёт как раз об антибиотике, в прямом смысле созданном машинным алгоритмом.

Исследователи из Массачусетского технологического института создали нейросеть – алгоритм, который учился выбирать среди моря химических соединений те, которые лучше всего подавляют рост бактерий.

Программу тренировали на кишечной палочке и 2335 молекулах, среди которых были как медицинские антибиотики, так и разнообразные вещества животного, растительного и микробного происхождения с антибактериальной активностью; кроме них, были вещества без антибактериальной активности.

Сами исследователи и так знали всё про эти молекулы, но сейчас нужно было, чтобы нейросеть, сравнивая вещества между собой, научилась по структуре определять антибиотики.

Алгоритм создавали с двумя важными условиями: ему не давали информации о том, что за механизм действия у того или иного вещества, и в самих молекулах не было отмечено никаких химических групп.

При «человеческом» анализе химики и биологи всегда держат в уме, на какие процессы в бактериальной клетке действует молекула, и какие группы атомов к ней нужно прицепить или убрать, чтобы она действовала эффективнее – то о чём мы говорили в начале.

Так вот, алгоритм запрограммировали так, чтобы он такими категориями не думал.

После обучения на тренировочных 2335 молекулах нейросети дали примерно 6000 потенциальных лекарственных молекул, которые сейчас только изучаются и про которых неизвестно, как они действуют на бактерий.

Задача была та же – найти вещества, подавляющие рост кишечной палочки. Из этих более чем 6000 нейросеть выбрала около сотни.

Их протестировали на настоящих микробах, и оказалось, что одна из молекул, которую изучают как потенциальное лекарство от диабета, может быть весьма эффективным антибиотиком.

Вещество назвали халицин (или хэлицин, halicin)  – в честь компьютера HAL 9000 из «Космической одиссеи 2001» (несколько сомнительный юмор, если вспомнить, какие проблемы HAL 9000 доставил героям фильма. Впрочем, спасибо, что не Скайнет).

Халицин действовал не только на кишечную палочку, но и на целый ряд других бактерий, включая штаммы, весьма устойчивые к самым разным антибиотикам.

Обычно антибиотики создают так, чтобы они не давали бактериям синтезировать клеточную стенку, или мешали синтезировать белок, или мешали синтезировать нуклеиновые кислоты.

Но халицин оказался нестандартным антибиотиком: он нарушает поток протонов через клеточную мембрану (а поток протонов через специальные мембранные ворота – это движущая сила многих важных процессов в клетке).

Для животных он малотоксичен (всё-таки клетки животных и клетки бактерий сильно отличаются друг от друга) и, что особенно важно, бактерии не могут стать к нему устойчивыми – либо, по крайней мере, устойчивость к халицину развивается намного, намного медленнее, чем к другим антибиотикам. Очевидно, такой успех был связан с тем, что машинный интеллект избавили от привычек мыслить химическими группами и механизмами действия.

Кроме базы из 6000 молекул, исследователи дали нейросети ещё одну, в которой было более 107 млн молекулярных структур. Из них машина выудила 23 потенциальных антибиотика, а тесты на бактериях показали, что в них есть восемь, у которых действительно есть антибактериальная активность. Две молекулярные структуры из оставшихся восьми могут сработать даже против лекарственноустойчивых штаммов.

Про лекарственную устойчивость бактерий мы неоднократно писали.

Это стало настоящей проблемой в медицине, и сейчас по всему миру ищут новые антибиотики, которые могли бы убивать именно таких устойчивых микробов.

Время от времени появляются сообщения, что очередной суперантибиотик нашли в земле, или в утконосе, или в человеческом носу; но надо думать, что с нейросетями дело тут пойдёт быстрее.

Нейросеть продлила человечеству жизнь

Ученым Массачусетского технологического института (MIT) удалось обнаружить сразу несколько новых антибиотиков с помощью нейросети, что стало уникальным достижением в истории медицины. Одна из находок — халицин — оказалась в состоянии уничтожить даже те бактерии, которые были устойчивы ко всем существующим лекарственным препаратам.

Ученые из MIT первыми в мире обнаружили антибиотики при помощи искусственного интеллекта. Как говорится в статье, опубликованной 20 февраля в научном журнале Cell, их нейронной сети удалось обнаружить девять новых антибиотиков, проанализировав базу данных химических соединений.

Среди находок ученых из MIT отдельно отмечается молекула, получившая название халицин — в честь системы искусственного интеллекта HAL из фильма «2001 год: Космическая одиссея».

Халицин оказался в состоянии уничтожить бактерии, вызывающие туберкулез, псевдомембранозный колит (тяжелое инфекционное заболевание прямой кишки), а кроме того, энтеробактерии и акинетобактерии Баумана, которые поражают организм с низким иммунитетом, приводят к инфекционным заболеваниям и зачастую к смерти больного.

Всемирная организация здравоохранения относит их к особо опасным — они плохо поддаются лечению и устойчивы ко всем видам ныне использующихся в медицине антибиотиков.

«Это один из мощнейших антибиотиков из всех, что удавалось обнаружить до сегодняшнего дня,— заявил биоинженер и один из авторов исследования Джеймс Коллинс.— У него удивительная способность противодействия широкому спектру патогенов, устойчивых к нынешним антибиотикам».

Халицин уже протестирован в лабораторных условиях на мышах. Мазь с халицином полностью излечила мышей от инфекции, вызванной акинетобактерией Баумана, всего за сутки. В общей сложности, как выяснили ученые, халицин способен уничтожить 35 мощных бактерий.

Из жизни замечательных бактерий

То, что удалось сделать ученым MIT,— настоящий прорыв. И не только потому, что для поиска антибиотика впервые был успешно использован искусственный интеллект. Новые классы антибиотиков ученым не удавалось найти более 30 лет.

Что, как отмечают авторы самого исследования, поставило человечество на грань глобальной катастрофы. Без открытия новых антибиотиков, cогласно исследованию британского экономиста Джима О’Нила (.

pdf), к 2050 году от инфекционных заболеваний будут умирать по 10 млн человек в год.

Большая часть ныне существующих антибиотиков природного происхождения. С середины 1980-х годов ни одного принципиально нового антибиотика в природе обнаружено не было. А синтетические антибактериальные средства, которых за последние десятилетия в фармацевтике появилось совсем немного, являются лишь незначительными модификациями того, нашли ученые много лет тому назад.

Сами антибиотики — это вещества, которые различные бактерии выделяют для общения друг с другом, а также защиты своей территории от нежелательных соседей. То есть для одних бактерий эти вещества безвредны, а для других — губительны. Это и используется в медицине, чтобы бороться с ростом клеток, способных вызвать то или иное заболевание у человека.

Но бактерии, как и все живые существа, эволюционируют. В случае с выработкой реакции на антибиотики — эволюционируют очень быстро. Так, например, первым обнаруженным антибиотиком был пенициллин.

Это открытие Александр Флеминг сделал в 1928 году. Применять его в медицине начали в 1942 году, а уже в 1945-м были выявлены первые случаи устойчивости бактерий к нему.

Читайте также:  Отрыжка, пуки, храп: о чём говорят звуки нашего тела

К 1990-м годам пенициллин стал абсолютно бесполезен.

Поиски новых антибиотиков активно велись после Второй мировой войны до 1980-х. Но безуспешно: набор микробов, которых можно сканировать в лабораторных условиях для выявления необходимых веществ, был крайне ограничен. Из всех существующих на планете микробов 99,9% не растут в искусственной питательной среде. А обнаружить необходимое соединение в дикой природе практически нереально.

Искусственный интеллект прошелся по живому

«Мы хотели разработать платформу, которая позволила бы нам использовать возможности искусственного интеллекта»,— приводятся слова господина Коллинса на сайте MIT.

Группа ученых и студентов, которую он создал, разработала программу для машинного обучения, способную анализировать молекулярную структуру соединений и отбирать те молекулы, которые соответствуют необходимым критериям. Среди таковых, например, была задана способность убивать бактерии кишечной палочки.

Сама идея создания такого алгоритма для искусственного интеллекта не нова, однако группе ученых из MIT первой удалось создать модель с достаточно точными критериями отбора.

Для обучения нейросети был предложен набор из 2335 молекул, включая около 1700 лекарственных препаратов, одобренных Управлением по контролю над продуктами и лекарствами США.

После этого нейросети предложили просканировать несколько библиотек химических соединений, в которых насчитывается более 107 млн молекул, для обнаружения тех, которые в теории могут соответствовать необходимым требованиям. Нейросетью были обнаружены 23 молекулы, подходящие под заданные параметры. Из них ученые отобрали девять, в том числе халицин.

Такой метод поиска новых антибиотиков гораздо эффективнее и дешевле, чем традиционные методы, использовавшиеся до сих пор в медицине.

«Модель машинного обучения может исследовать большие количества молекулярных структур, что может быть чрезмерно дорого для традиционных экспериментальных подходов,— отмечает профессор Регина Барзилай, также участвовавшая в исследовании.

— Впрочем, все еще остается вопрос, действительно ли инструменты на машинном обучении способны делать что-то осмысленное в здравоохранении и как мы можем довести эти инструменты до рабочих механизмов во всей фармацевтической индустрии».

Кирилл Сарханянц

Искусственный интеллект нашел один из самых мощных антибиотиков

Ученые заявили, что это первый антибиотик, который открыли с помощью ИИ.

Исследователи Массачусетского технологического института (MIT) при помощи искусственного интеллекта смогли обнаружить мощный антибиотик, который может убивать супербактерии, устойчивые к обычным антибиотикам. Об этом сообщает BBC.

Ученые заявили, что это большой прорыв в борьбе с ростом проблемы устойчивости лекарств. По их словам, бактерии развивают резистентность к определенным типам антибиотиков, если употреблять их неправильно. Поэтому впоследствии такие лекарства могут становиться полностью бесполезными.

ВОЗ называет это «одной из самых больших угроз глобальной безопасности и развития в области здравоохранения сегодня».

Ученые обучили ИИ анализировать структуру 2 500 лекарств и других соединений для выявления имеющих наиболее антибактериальные свойства, которые могут убить кишечную палочку. Из них были отобраны 100 кандидатов для физического использования, прежде чем был открыт халицин.

Результаты исследования были опубликованы в журнале Cell.

По словам Джеймса Коллинза, биоинженера из команды Массачусетского технологического института, новый антибиотик способен убить 35 типов потенциально смертельных бактерий. Среди них — туберкулез, кишечная палочка, сальмонелла и другие лекарственно-устойчивые бактерии, которые могут вызвать инфекции крови, мочевыводящих путей и легких.

Ученые планируют использовать свою модель для разработки новых антибиотиков и оптимизации существующих.

На сегодняшний день использование технологий ИИ в здравоохранении все еще не сильно распространено, однако крупные прорывы случаются. Ученые считают, что использование ИИ для ускорения открытия лекарств может помочь снизить затраты на создание большего количества антибиотиков в будущем.

Искусственный интеллект создал инновационное средство от COVID-19. Представители французской компании Alphanosos заявили о разработке инновационного средства против коронавируса. Новое средство — сложная смесь экстрактов растений, подобранная ИИ.

Искусственный интеллект может предсказывать потенциальные мутации коронавируса. Исследователи из Университета Южной Калифорнии разработали новый метод, с помощью которого, возможно, можно будет противостоять новым мутациям коронавируса. Метод с использованием ИИ уже предсказал 26 потенциальных вакцин от коронавируса.

Новое исследование показало, что вакцина Pfizer эффективна против британской мутации коронавируса — исследование.

Специалисты назвали главную опасность британского штамма коронавируса.

Стало известно, из чего состоят вакцины от коронавируса COVID-19. Также, что Великобритания первой одобрила вакцину от COVID-19.

Появилась информация, что эффективность вакцины Moderna достигла 100%. Стало известно, что эффективность российской вакцины «Спутник-V» достигла 95%. Ранее мы писали, что оксфордская вакцина от COVID-19 удивила ученых. Опубликованы результаты испытаний вакцины AstraZenec.

Мощный антибиотик впервые найден при помощи искусственного интеллекта

Коллектив ученых из Массачусетского технологического института сообщает, что новый антибиотик халицин, найденный при помощи технологии машинного обучения, способен справиться с некоторыми самыми опасными штаммами болезнетворных бактерий.

Компьютерная модель, которая может проверять более ста миллионов химических соединений за считаные дни, предназначена для выявления потенциальных антибиотиков, которые убивают бактерии, используя механизмы, отличные от существующих лекарств.

По замыслу создателей проекта, это должно обеспечить действенность нового антибиотика по отношению к тем бактериям, которые выработали устойчивость к другим препаратам. «Мы хотели разработать платформу, которая позволила бы нам использовать возможности искусственного интеллекта, чтобы открыть новую эру открытия антибиотиков, — говорит профессор Джеймс Коллинз (James Collins).

— Наш подход выявил удивительную молекулу, которая, возможно, является одним из наиболее мощных антибиотиков, когда-либо обнаруженных».

Галицин стал первым среди антибиотиков, чья формула была обнаружена при компьютерном скрининге больших цифровых библиотек химических соединений.

Сначала исследователи применили метод глубокого обучения, предоставив программе информацию об атомных и молекулярных особенностях почти 2500 лекарств и природных соединений, а также о том, насколько хорошо эти вещества блокировали рост бактерии E. coli.

После того как алгоритм узнал, какие молекулярные свойства заложены в хороших антибиотиках, ученые пропустили через него данные о шести с лишним тысячах химических соединений. При этом алгоритм должен был сосредоточиться на поиске веществ, которые выглядели эффективными, но отличались от существующих антибиотиков.

«Модель машинного обучения может исследовать большие количества молекулярных структур, что может быть чрезмерно дорогим для традиционных экспериментальных подходов», — говорит профессор Регина Барзилай (Regina Barzilay).

Идея использования прогностических компьютерных моделей для скрининга in silico не нова, но до сих пор эти модели не были достаточно точными для открытия лекарств.

Ранее молекулы в них были представлены в виде векторов, отражающих лишь наличие или отсутствие определенных химических групп.

Модель выбрала одну молекулу, которая, как предсказывалось, имела сильную антибактериальную активность, ее химическая структура отличалась от любых существующих антибиотиков.

Используя другую модель машинного обучения, исследователи также показали, что эта молекула, вероятно, будет иметь низкую токсичность для клеток человека.

Это вещество ранее рассматривалось как потенциальное лекарство для лечения диабета.

Найденное вещество было названо халицином, в честь системы искусственного интеллекта HAL из фильма «Космическая одиссея 2001 года». После того как предложенная искусственным интеллектом молекулярная структура была синтезирована, ее проверили на бактериальных культурах и на лабораторных мышах.

Среди бактерий, которых смог уничтожить халицин, оказались устойчивые к антибиотикам Acinetobacter baumannii и Enterobacteriaceae, которые входят в список бактерий, признанных Всемирной организацией здравоохранения особо опасными.

В частности использованный в исследовании штамм Acinetobacter baumannii был устойчив ко всем известным антибиотиком, но использование мази с халицином полностью излечило мышей от инфекции за сутки.

Предварительные исследования предполагают, что халицин убивает бактерии, нарушая их способность поддерживать электрохимический градиент для перемещения ионов через клеточные мембраны.

После выявления халицина исследователи также использовали свою модель для скрининга более 100 миллионов молекул, выбранных из базы данных ZINC15.

Скрининг, который занял всего три дня, выявил 23 кандидата, которые структурно отличались от существующих антибиотиков и, по прогнозам, были нетоксичны для клеток человека.

В лабораторных тестах против пяти видов бактерий обнаружилось, что восемь молекул показали антибактериальную активность, а две были особенно сильными. Теперь исследователи планируют провести дальнейшее тестирование этих молекул, а также продолжить сканирование веществ из базы данных ZINC15.

Они также планируют использовать свою модель для оптимизации существующих антибиотиков — например, обучить алгоритм, чтобы с его помощью делать определенный антибиотик направленным только на конкретных бактерий, предотвращая уничтожение им полезных бактерий в пищеварительном тракте пациента.

Исследование описано в журнале Cell.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *