Μια νέα κατηγορία αντιβιοτικών για το ανθεκτικό στα φάρμακα βακτήριο Staphylococcus aureus (MRSA), ανακαλύφθηκε με τη χρήση πιο διαφανών μοντέλων βαθιάς μάθησης.
Η χρήση της τεχνητής νοημοσύνης (AI) αποδεικνύεται ότι αλλάζει τα δεδομένα στην ιατρική, με την τεχνολογία να βοηθά τώρα τους επιστήμονες να ξεκλειδώσουν τα πρώτα -εδώ και 60 χρόνια- νέα αντιβιοτικά. Η ανακάλυψη μιας νέας ουσίας που μπορεί να σκοτώσει ένα βακτήριο ανθεκτικό στα φάρμακα, το οποίο σκοτώνει χιλιάδες ανθρώπους παγκοσμίως κάθε χρόνο, θα μπορούσε να αποδειχθεί σημείο καμπής στον αγώνα κατά της ανθεκτικότητας στα αντιβιοτικά.
“Η διορατικότητα εδώ ήταν ότι μπορούσαμε να δούμε τι μάθαιναν τα μοντέλα για να κάνουν τις προβλέψεις τους ότι ορισμένα μόρια θα ήταν καλά αντιβιοτικά”, ανέφερε σε δήλωσή του ο Τζέιμς Κόλινς, καθηγητής Ιατρικής Μηχανικής και Επιστήμης στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης (ΜΙΤ) και ένας από τους συγγραφείς της μελέτης. “Η εργασία μας παρέχει ένα πλαίσιο που είναι αποδοτικό από άποψη χρόνου, πόρων και μηχανικής ευστοχίας, από την άποψη της χημικής δομής, με τρόπους που δεν είχαμε μέχρι σήμερα”.
Τα αποτελέσματα δημοσιεύθηκαν στο Nature και συνυπογράφτηκαν από ομάδα 21 ερευνητών.
Στόχος της μελέτης ήταν να “ανοίξει το μαύρο κουτί”.
Η ομάδα πίσω από το έργο χρησιμοποίησε ένα μοντέλο βαθιάς μάθησης για να προβλέψει τη δραστικότητα και την τοξικότητα της νέας ένωσης. Η βαθιά μάθηση περιλαμβάνει τη χρήση τεχνητών νευρωνικών δικτύων για την αυτόματη εκμάθηση και αναπαράσταση χαρακτηριστικών από δεδομένα χωρίς σαφή προγραμματισμό. Εφαρμόζεται όλο και συχνότερα στη φαρμακευτική έρευνα για την επιτάχυνση του εντοπισμού πιθανών υποψήφιων ουσιών, την πρόβλεψη των ιδιοτήτων τους και τη βελτιστοποίηση της διαδικασίας ανάπτυξης φαρμάκων.
Στην προκειμένη περίπτωση, οι ερευνητές επικεντρώθηκαν στον ανθεκτικό στη μεθικιλλίνη Staphylococcus aureus (MRSA). Οι λοιμώξεις με MRSA μπορεί να κυμαίνονται από ήπιες δερματικές λοιμώξεις έως πιο σοβαρές και δυνητικά απειλητικές για τη ζωή καταστάσεις, όπως η πνευμονία και οι λοιμώξεις της κυκλοφορίας του αίματος.
Σχεδόν 150.000 λοιμώξεις από MRSA εκδηλώνονται κάθε χρόνο στην Ευρωπαϊκή Ένωση, ενώ σχεδόν 35.000 άνθρωποι πεθαίνουν ετησίως από λοιμώξεις ανθεκτικές στα αντιμικροβιακά, σύμφωνα με το Ευρωπαϊκό Κέντρο Πρόληψης και Ελέγχου Νοσημάτων (ECDC).
Η ομάδα ερευνητών του ΜΙΤ εκπαίδευσε ένα εκτεταμένα διευρυμένο μοντέλο βαθιάς μάθησης χρησιμοποιώντας διευρυμένα σύνολα δεδομένων.
Για τη δημιουργία των δεδομένων εκπαίδευσης, περίπου 39.000 ενώσεις αξιολογήθηκαν για την αντιβιοτική τους δράση έναντι του MRSA. Στη συνέχεια, τόσο τα δεδομένα που προέκυψαν όσο και οι λεπτομέρειες σχετικά με τις χημικές δομές των ενώσεων εισήχθησαν στο μοντέλο.
“Αυτό που θέσαμε ως στόχο σε αυτή τη μελέτη ήταν να ανοίξουμε το μαύρο κουτί. Αυτά τα μοντέλα αποτελούνται από πολύ μεγάλο αριθμό υπολογισμών που μιμούνται τις νευρωνικές συνδέσεις και κανείς δεν γνωρίζει πραγματικά τι συμβαίνει κάτω από την κουκούλα”, δήλωσε ο Felix Wong, μεταδιδακτορικός ερευνητής στο MIT και στο Χάρβαρντ και ένας από τους κύριους συγγραφείς της μελέτης.
Ανακαλύπτοντας μια νέα ένωση
Για να βελτιώσουν την επιλογή των δυνητικών φαρμάκων, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν τρία επιπλέον μοντέλα βαθιάς μάθησης. Αυτά τα μοντέλα καταρτίστηκαν για να αξιολογήσουν την τοξικότητα των ενώσεων σε τρεις διαφορετικούς τύπους ανθρώπινων κυττάρων.
Ενσωματώνοντας αυτές τις προβλέψεις τοξικότητας με την προηγουμένως καθορισμένη αντιμικροβιακή δράση, οι ερευνητές εντόπισαν ενώσεις ικανές να καταπολεμήσουν αποτελεσματικά τα μικρόβια με ελάχιστη βλάβη στον ανθρώπινο οργανισμό.
Χρησιμοποιώντας αυτό το σύνολο μοντέλων, εξετάστηκαν περίπου 12 εκατομμύρια εμπορικά διαθέσιμες ενώσεις. Εντοπίστηκαν ενώσεις από πέντε διαφορετικές κατηγορίες, κατηγοριοποιημένες με βάση συγκεκριμένες χημικές υποδομές εντός των μορίων, οι οποίες παρουσίασαν προβλεπόμενη δραστικότητα έναντι του MRSA.
Στη συνέχεια, οι ερευνητές απέκτησαν περίπου 280 από αυτές τις ενώσεις και διεξήγαγαν δοκιμές κατά του MRSA σε εργαστηριακό περιβάλλον. Η εν λόγω προσέγγιση τους οδήγησε στον εντοπισμό δύο υποσχόμενων υποψηφίων αντιβιοτικών από την ίδια κατηγορία.
Σε πειράματα που αφορούσαν δύο μοντέλα ποντικών – ένα για δερματική λοίμωξη από MRSA και ένα για συστηματική λοίμωξη από MRSA – κάθε μία από αυτές τις ενώσεις μείωσε τον πληθυσμό MRSA κατά 10 φορές.
Πηγή : Euronews
