Ученые впервые за 60 лет открыли новые антибиотики с помощью искусственного интеллекта
Новый класс антибиотиков против бактерий Staphylococcus aureus (MRSA) был открыт с помощью моделей глубокого обучения.Использование искусственного интеллекта (ИИ) становится важным элементом в медицине. Эта технология помогла ученым открыть первые за 60 лет новые антибиотики.
Открытие нового соединения, способного уничтожить устойчивую к лекарствам бактерию, от которой ежегодно погибают тысячи людей по всему миру, может стать поворотным моментом в борьбе с устойчивостью к антибиотикам.
Джеймс Коллинз, профессор медицинской инженерии и науки Массачусетского технологического института (MIT) и один из авторов исследования, отметил: «Мы можем видеть, чему учат модели, чтобы те сделали предсказания о том, что определенные молекулы станут хорошими антибиотиками».
«Наша работа обеспечивает основу, которая не требует больших затрат времени, ресурсов и дает возможность проанализировать химическую структуру так, как мы не делали этого до сих пор», — полагает Коллинз.
Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature в соавторстве с группой, в которую входят более 20 исследователей.
Цель исследования — «открыть черный ящик».
Для прогнозирования активности и токсичности нового соединения участники проекта использовали модель глубокого обучения.
Глубокое обучение подразумевает использование искусственных нейронных сетей для автоматического обучения и представления характеристик данных без явного программирования.
Оно находит все большее применение в разработке лекарственных препаратов, чтобы ускорить выявление потенциальных кандидатов, предсказать их свойства и оптимизировать процесс разработки лекарств.
В данном случае исследователи сосредоточились на метициллин-резистентном золотистом стафилококке (MRSA), устойчивом к определенным антибиотикам виде стафилококка.
Инфекции, вызванные MRSA, могут варьироваться от легких кожных инфекций до более серьезных и потенциально опасных для жизни случаев, таких как пневмония и инфекции кровотока.
По данным Европейского центра профилактики и контроля заболеваний (ECDC),ежегодно в странах Европейского союза происходит почти 150 000 случаев заражения MRSA, а от инфекций, устойчивых к противомикробным препаратам, умирает почти 35 000 человек.
Команда исследователей из Массачусетского технологического института использовала в своей работе расширенные наборы данных. Около 39 000 соединений были оценены на предмет их антибиотической активности против MRSA. Затем в модель ввели как полученные данные, так и сведения о химической структуре соединений.
«В этом исследовании мы поставили перед собой задачу открыть «черный ящик». Эти модели состоят из огромного количества вычислений, которые имитируют нейронные связи, и никто не знает, что происходит «под капотом», — говорит Феликс Вонг из Массачусетского технологического института и Гарварда, один из ведущих авторов исследования.