Antibioticele distrug bacteriile, dar infecţiile care rezistă tratamentului provoacă în prezent peste un milion de decese anual. Utilizarea excesivă a antibioticelor a ajutat bacteriile să evolueze pentru a evita efectele medicamentelor, iar noi antibiotice nu au mai fost dezvoltate de zeci de ani. Oamenii de ştiinţă au folosit acum inteligenţa artificială (AI) pentru a crea noi antibiotice pentru astfel de superbacterii rezistente.
AI a inventat două noi potenţiale antibiotice care ar putea elimina gonoreea rezistentă la medicamente şi Staphylococcus aureus (stafilococ auriu) rezistent la meticilină (MRSA), un tip de bacterie care trăieşte inofensiv pe piele, dar care poate provoca infecţii grave dacă intră în organism.
Medicamentele au fost create de la zero, atom cu atom, de către AI şi s-au dovedit capabile să elimine superbacteriile în testele de laborator şi pe animale.
Potrivit echipeide cercetători de la Massachusetts Institute of Technology (MIT), această realizare ar putea marca începutul unei „a doua epoci de aur” în descoperirea antibioticelor.
Totuşi, aceşti doi compuşi necesită încă ani de perfecţionare şi studii clinice riguroase înainte de a putea fi utilizaţi în tratamente la om.
Cercetătorii au mai folosit anterior AI pentru a căuta printre mii de substanţe chimice cunoscute, în încercarea de a identifica unele cu potenţial de a deveni noi antibiotice, însă acum echipa MIT a mers un pas mai departe folosind AI generativă pentru a concepe direct antibiotice complet noi pentru infecţia cu transmitere sexuală şi infecţia cu MRSA, potenţial mortală.
Cercetătorii au antrenat AI-ul furnizându-i structura chimică a unor compuşi cunoscuţi, alături de informaţii privind capacitatea acestora de a încetini creşterea diferitelor specii bacteriene.
În acest fel, AI-ul a învăţat cum sunt influenţate bacteriile de diverse structuri moleculare alcătuite din atomi precum carbon, oxigen, hidrogen şi azot.
Folosind algoritmi de inteligenţă artificială generativă, echipa de cercetare de la MIT a conceput peste 36 de milioane de compuşi potenţiali şi i-a evaluat prin simulări pe calculator pentru proprietăţi antimicrobiene.
Moleculele generate de AI nu există sau nu au fost încă descoperite şi par să acţioneze prin mecanisme noi, ce perturbă membranele celulelor bacteriene.
Pentru a concepe noi antibiotice cu ajutorul AI, cercetătorii au testat două strategii. Prima a constat în explorarea unei biblioteci cu milioane de fragmente chimice, formate din 8–19 atomi, pe baza cărora s-au construit ulterior molecule mai complexe. Cea de-a doua a oferit AI-ului libertatea de a crea antibiotice complet de la zero.
Această metodă le-a permis cercetătorilor să genereze şi să evalueze compuşi teoretici complet inediţi, o strategie pe care intenţionează să o folosească şi în viitor pentru a identifica şi proiecta molecule cu activitate şi împotriva altor specii bacteriene.
Procesul de design a eliminat toate structurile care semănau prea mult cu antibioticele deja existente. De asemenea, s-a urmărit ca rezultatul să fie medicamente reale, nu compuşi nepotriviţi precum săpunuri, iar substanţele identificate ca potenţial toxice pentru oameni au fost eliminate din start.
După ce au fost sintetizate, conceptele de top au fost testate pe bacterii în laborator şi pe şoareci infectaţi, rezultând două noi potenţiale antibiotice.
„Suntem entuziasmaţi pentru că demonstrăm că AI generativă poate fi folosită pentru a concepe antibiotice complet noi. AI ne permite să descoperim noi molecule ieftin şi rapid şi în acest fel să ne extindem arsenalul şi să ne ofere un avantaj real în lupta cu genele superbacteriilor”, a declarat James Collins, profesor de Inginerie şi Ştiinţe Medicale în cadrul Institutului de Inginerie şi Ştiinţe Medicale (IMES) de la MIT, citat într-un comunicat.
Totuşi, medicamentele nu sunt încă pregătite pentru studii clinice şi necesită o etapă suplimentară de rafinare, estimată la între unul şi doi ani, înainte ca procesul lung de testare pe subiecţi umani să poată începe.
Specialiştii consideră că acest avans al tehnologiei bazat pe AI este foarte semnificativ şi cu un potenţial uriaş, deoarece demonstrează o abordare inovatoare în identificarea de noi antibiotice.
Totuşi, ei subliniază că, deşi AI promite să accelereze şi să îmbunătăţească procesul de descoperire şi dezvoltare a medicamentelor, este încă necesară o muncă riguroasă de testare a siguranţei şi eficacităţii acestora. Acest demers rămâne unul lung şi costisitor, fără certitudinea că medicamentele experimentale vor ajunge vreodată să fie prescrise pacienţilor.
În plus, experţii atrag atenţia asupra nevoii de a dezvolta modele de AI mai performante, care să depăşească simpla evaluare a rezultatelor din laborator şi să ofere o predicţie mai fidelă a eficienţei acestor medicamente în organism.
Mai există şi provocarea legată de complexitatea fabricării substanţelor concepute de AI. Din cele 80 de tratamente pentru gonoree concepute teoretic, doar două au fost sintetizate efectiv în medicamente.
Studiul a fost publicat recent în revista Cell.
