AI bi mogla da odigra ključnu ulogu u razvoju potpuno novih antibiotika

Do 2050. godine infekcije otporne na antibiotike mogle bi biti povezane sa više od osam miliona smrtnih slučajeva godišnje širom sveta, upozoravaju naučnici. Zbog sve veće otpornosti bakterija na postojeće lekove, istraživači smatraju da bi veštačka inteligencija mogla da odigra ključnu ulogu u razvoju potpuno novih antibiotika, piše The Conversation.

Antibiotski rezistentne infekcije nastaju kada bakterije postanu otporne na lekove poput penicilina. Takve infekcije mogu se javiti nakon konzumiranja kontaminirane hrane, kroz otvorene rane ili posle hirurških zahvata. Jedan od najpoznatijih primera je bakterija Escherichia coli (E. coli), čiji su pojedini sojevi razvili visok nivo otpornosti na standardne antibiotike. Ove bakterije mogu se pojaviti i kao sekundarne infekcije, poput upale pluća nakon virusnih oboljenja.

Razvoj novih antibiotika izuzetno je dug i skup proces. Potrebno je i do 10 godina istraživanja i više od jedne milijarde dolara da bi jedan novi lek stigao na tržište. Situaciju dodatno otežava činjenica da je čak 10 od 13 antibiotika razvijenih od 2017. godine već izgubilo efikasnost protiv najmanje jedne vrste bakterija.

Zbog toga naučnici sve više pažnje usmeravaju ka generativnoj veštačkoj inteligenciji. Ideja je da AI modeli, uz nadzor stručnjaka, osmišljavaju potpuno nove molekule koji do sada nisu postojali, dok fizičke simulacije na računarima proveravaju da li bi oni mogli da postanu bezbedni i efikasni lekovi.

AI traži nove peptide

Jedna od najperspektivnijih grupa jedinjenja za razvoj antibiotika jesu peptidi – kratki lanci proteina koji u organizmu imaju brojne funkcije.

Insulin, koji se koristi u lečenju dijabetesa, prirodni je peptid, dok je vankomicin, jedan od najvažnijih antibiotika, takođe peptid koji bakterije u zemljištu proizvode kao odbrambeni mehanizam. Oba leka nalaze se na Listi esencijalnih lekova Svetske zdravstvene organizacije (WHO).

Naučnici koriste AI kako bi osmislili nove peptide koji bi mogli da uništavaju bakterije. Sistem se sastoji iz dva dela. Jednog koji generiše milione mogućih molekula i drugog koji procenjuje koje od njih vredi detaljnije analizirati.

U najnovijem istraživanju autori su pokazali da AI postiže bolje rezultate kada se trenira na manjoj količini pažljivo odabranih i relevantnih podataka nego kada raspolaže ogromnim količinama manje korisnih informacija.

To je posebno važno zato što je od stotina hiljada poznatih peptida samo mali broj eksperimentalno ispitan zbog mogućih antimikrobnih svojstava.

Virtuelni mikroskop proverava molekule

Međutim, molekuli koje predloži veštačka inteligencija moraju da prođu dodatnu proveru.

Tu na scenu stupaju fizičke simulacije, koje omogućavaju naučnicima da posmatraju ponašanje molekula na atomskom nivou.

Peptidi deluju tako što menjaju svoj oblik. Mnogi antimikrobni peptidi uništavaju bakterije tako što razaraju njihovu ćelijsku membranu. U simulacijama se svaki atom prikazuje kao mala sfera, a računar prati kako se molekuli ponašaju u vodi i u kontaktu sa membranama bakterijskih ili ljudskih ćelija.

Istraživači ovaj pristup nazivaju svojevrsnim „virtuelnim mikroskopom“, jer omogućava uvid u procese koji se odvijaju na molekularnom nivou.

Ako simulacija pokaže da novi peptid uspešno oštećuje membranu bakterije, a pritom ne narušava membrane ljudskih ćelija, postoji velika verovatnoća da predstavlja dobar kandidat za novi antibiotik.

Brži put do novih lekova

Na ovaj način moguće je unapred eliminisati molekule koji nisu bezbedni ili efikasni, pre nego što započnu skupa laboratorijska ispitivanja.

Rezultati simulacija zatim se vraćaju sistemu veštačke inteligencije, koji na osnovu tih podataka dodatno unapređuje svoje modele i predlaže još kvalitetnije molekule.

Istraživači smatraju da bi ovakav pristup mogao značajno da ubrza razvoj novih antibiotika, smanji troškove istraživanja i omogući da se laboratorijski eksperimenti usmere samo na najperspektivnije kandidate.

U trenutku kada otpornost bakterija predstavlja jednu od najvećih globalnih zdravstvenih pretnji, kombinacija veštačke inteligencije i naprednih računarskih simulacija mogla bi da postane jedno od najvažnijih oružja u razvoju nove generacije antibiotika, zaključuje The Conversation.