Специалисты из Массачусетского технологического института (MIT) применили искусственный интеллект для создания двух новых классов антибиотиков. Они продемонстрировали высокую эффективность против бактерий, вызывающих гонококковую инфекцию (Neisseria gonorrhoeae) и золотистый стафилококк (Staphylococcus aureus, MRSA), которые стали устойчивыми к существующим методам лечения. Эти микроорганизмы провоцируют серьёзные инфекции, и годовой показатель смертей, связанных с устойчивыми бактериями во всем мире, составляет около 5 миллионов человек.
Чтобы найти новые молекулы, исследователи применили алгоритмы, позволившие сгенерировать и оценить более 36 миллионов потенциальных соединений. Подавляющее большинство этих соединений не встречаются в природе и отсутствуют в известных химических базах данных. В результате многоэтапной проверки и проведения экспериментов было отобрано несколько соединений, которые значительно отличаются от уже известных антибиотиков и действуют по совершенно иному принципу — они повреждают клеточные мембраны бактерий.
В ходе первых экспериментов ученые обратили внимание на гонококк. С помощью алгоритмов было рассмотрено около 45 миллионов химических соединений, из которых отобрано миллион потенциально активных и безопасных для клеток человека. Из этой выборки был выделен ключевой фрагмент F1, на основе которого ИИ сгенерировал около 7 миллионов новых молекул. После компьютерного скрининга лишь две из них удалось синтезировать. Одна из них, обозначенная как NG1, продемонстрировала высокую эффективность в уничтожении гонококков как в лабораторных условиях, так и в модели лекарственно-устойчивой инфекции у мышей. Дальнейшие исследования позволили обнаружить новый белок-мишень LptA, вовлеченный в формирование внешней мембраны бактерии.
В рамках второго подхода алгоритмы не имели никаких ограничений, за исключением базовых принципов химии, и создали свыше 29 миллионов молекул, предназначенных для борьбы с золотистым стафилококком. Из числа отобранных соединений удалось осуществить синтез 22, и шесть из них продемонстрировали выраженную антибактериальную активность в лабораторных условиях. Наиболее эффективный препарат, DN1, сумел ликвидировать инфекцию, вызванную MRSA, у мышей с поражениями кожи.
Искусственный интеллект позволяет исследователям преодолевать ограничения традиционных химических баз данных и открывает возможности для поиска совершенно новых способов борьбы с бактериальными инфекциями, заявил профессор Джеймс Коллинз, возглавляющий данный проект. Это крайне актуально, учитывая, что за последние пять десятилетий лишь незначительное количество антибиотиков было одобрено FDA, и большинство из них представляют собой лишь модификации уже известных препаратов.
В настоящее время некоммерческая организация Phare Bio в сотрудничестве с MIT занимается модификацией NG1 и DN1 с целью проведения дополнительных доклинических исследований. Исследователи намерены применять ту же технологическую платформу для выявления антибиотиков, способных бороться с другими опасными возбудителями, в том числе вызывающими туберкулёз и синегнойную инфекцию.