Антибиотик дизајниран од стране вештачке интелигенције циља на штетне цревне бактерије док штеде корисне микробе
Нови антибиотик који циља само на одређени сој бактерија, а штеде пријатељскије бактерије, могао би једног дана донети мало предаха пацијентима са инфламаторним болестима црева (ИБД). Развој овог антибиотика део је првог таласа лекова чији је развој изглађен коришћењем вештачке интелигенције.
Већина антибиотика који се користе су широког спектра, тако да убијају и штетне и пријатељске бактерије, узрокујући неравнотежу у цревној флори. Ово може постати озбиљан проблем за пацијенте са ИБД, као што је Кронова болест. Пацијенти са овим стањима могу наћи своја црева колонизована високим нивоом Ентеробацтериацеае, посебно инвазивног соја Есцхерицхиа цоли. Ова инвазивна Е. цоли сој се реплицира унутар цревних епителних ћелија и макрофага и отпоран је, у просеку, на четири или више антибиотика. „Милиони људи широм света пате од Кронове болести, отприлике 30% има (инвазивну) Е. цоли) инфекција, а ови пацијенти немају идеалне опције лечења“, каже Џонатан Стоукс, рачунарски хемичар са Универзитета Мекмастер у Канади.
Стокес и његов тим прегледали су разноврсну колекцију од преко 10.000 молекула и идентификовали оне који су зауставили раст инвазивних Е. цоли. ‘Филтрирање’ ових молекула кроз серију рачунарских и експерименталних ‘сита’ дало је молекул који су назвали ентерололин који структурно не подсећа на ниједан познати антибиотик. Такође су открили да употреба ентерололина са СПР741, који омета спољашњу мембрану грам-негативних бактерија, повећава њену смртност.
Експерименти са различитим грам-негативним и -позитивним бактеријама показали су да само ентерололин циља на чланове породице Ентеробацтериацеае, док друге бактерије штеде. Када се комбинује са СПР741, његова минимална инхибиторна концентрација (МИЦ) била је 30 нг/мл, што је знатно ниже од 1 µг/мл, што је МИЦ многих антибиотика. Када су мишеви заражени овом инвазивом Е. цоли третирани ентерололином и СПР741, искоренио је све ове бактерије из њихових црева уз занемарљиво оштећење пријатељске микробиоте. Чак и при већим дозама мишеви нису показали никакве нежељене ефекте.
Затим су истраживачи користили алгоритам машинског учења (МЛ), модел дифузије који предвиђа позе везивања за мале молекуле, како би предвидели који протеински комплекс циља ентерололин. Открили су да циља на комплекс који помаже да ове бактерије буду отпорне на велике, хидрофобне антибиотике. Експериментални рад је показао да је ово предвиђање тачно и утврђено је да ентерололин инхибира управо овај протеински комплекс из породице Ентеробацтериацеае, што га чини високо селективним. Истраживачи процењују да им је овај приступ вођен АИ уштедео око две године истраживања и милион долара. „Вођени МЛ-ом, ми смо (дешифровали механизам деловања ентерололина (МОА)) за шест месеци за 60.000 долара (46.000 фунти)“, каже Стокес. „Колико ја знам, ово је први пут да је проспективно примењен модел дифузије да би помогао у вођењу МОА разјашњења, што је заиста узбудљиво!“
Од открића халицина уз помоћ вештачке интелигенције 2020. године, дошло је до налета нових антимикробних средстава које је дизајнирала или открила АИ. Оно што је раније зависило од година покушаја и грешака замењују алгоритми машинског учења који производе нове дизајне антибиотика, скројене да циљају одређене бактерије. Без обзира да ли се пребацује кроз стотине хиљада молекула да би се пронашао моћан антималаријски лек, дизајнирао нове антибиотике од нуле који могу да убију бактерије резистентне на више лекова или открио потпуно нову класу антибиотика, вештачка интелигенција је помогла да се подстакне развој антимикробних средстава. Али до сада, ниједан од антимикробних средстава вођених вештачком интелигенцијом није прошао кроз испитивања на људима и још увек постоји скептицизам о томе колико ће АИ заиста бити корисна у откривању лекова.
Оливије Еспели, бактериолог са Цоллеге де Франце у Паризу који није био укључен у студију, назива овај рад „посебно занимљивим и узбудљивим“ и „охрабрујућим“. „Могућност елиминисања Е. цоли без промене онога што је остало од антиинфламаторне микробиоте била би одлична вест“, додаје он. Он објашњава да дозвољавање антиинфламаторној бактерији да се умножава може „блокирати зачарани круг који се игра код Кронове болести“.
Марија Тереза Абреу, гастроентеролог у болници Цедарс-Синаи у САД, која такође није била укључена у студију, каже да комбинација функционише, али су потребни тестови на људима да би се проценио њен клинички потенцијал. Међутим, она има забринутост да је „доказ да делује ин виво (присилно храњење) мишева са (инвазивним Е. цоли), а затим демонстрирање ерадикације у луминалном садржају цекума и дебелог црева. Ово се не односи на то да ли су мишеви развили интрацелуларну инфекцију и да ли ова комбинација може искоријенити инвазивну Е. цоли крију се унутар макрофага.
