С 1970-х годов в разработке современных антибиотиков наблюдается затишье. Теперь Всемирная организация здравоохранения объявила кризис устойчивости к противомикробным препаратам одной из 10 главных глобальных угроз общественному здравоохранению.
При неоднократном лечении инфекции врачи рискуют, что бактерии станут устойчивыми к антибиотикам. Но почему инфекция может вернуться после надлежащего лечения антибиотиками? Одна из хорошо документированных возможностей заключается в том, что бактерии становятся метаболически инертными и ускользают от обнаружения традиционными антибиотиками, которые реагируют только на метаболическую активность. Когда опасность миновала, бактерии возвращаются к жизни и инфекция появляется вновь.
«Со временем резистентность усиливается, и повторяющиеся инфекции возникают из-за этого состояния покоя», — говорит Джеки Валери, бывший научный сотрудник MIT-Takeda (со штаб-квартирой в клинике машинного обучения в области здравоохранения Массачусетского технологического института им. Абдула Латифа Джамиля), недавно получившая докторскую степень в области биологии. инженерное дело из лаборатории Коллинза. Валери — первый автор новой статьи, опубликованной в печатном выпуске журнала за этот месяц. Клеточная химическая биология это демонстрирует, как машинное обучение может помочь выявить соединения, смертельные для спящих бактерий.
Сказки о бактериальной «спящей» устойчивости вряд ли являются новостью для научного сообщества — древние бактериальные штаммы, датируемые 100 миллионами лет назад, были обнаружены в последние годы живыми в энергосберегающем состоянии на морском дне Тихого океана.
Руководитель факультета естественных наук клиники Массачусетского технологического института Джамиль Джеймс Дж. Коллинз, профессор медицинской инженерии и науки из Института медицинской инженерии и науки Массачусетского технологического института и факультета биологической инженерии, недавно попал в заголовки газет об использовании ИИ для открытия нового класса антибиотиков, который часть более широкой миссии группы по использованию ИИ для значительного расширения существующих доступных антибиотиков.
Согласно статье, опубликованной ЛанцетВ 2019 году 1,27 миллиона смертей можно было бы предотвратить, если бы инфекции были восприимчивы к лекарствам, и одна из многих проблем, с которыми сталкиваются исследователи, — это поиск антибиотиков, способных воздействовать на метаболически спящие бактерии.
В этом случае исследователи из лаборатории Коллинза использовали искусственный интеллект, чтобы ускорить процесс обнаружения антибиотических свойств в известных лекарственных соединениях. С миллионами молекул этот процесс может занять годы, но исследователи смогли за выходные идентифицировать соединение под названием семапимод благодаря способности ИИ проводить высокопроизводительный скрининг.
Исследователи обнаружили, что семапимод, противовоспалительный препарат, обычно используемый при болезни Крона, также эффективен против стационарной фазы. кишечная палочка и Ацинетобактер Бауманни.
Еще одним открытием стала способность семапимода разрушать мембраны так называемых «грамотрицательных» бактерий, которые известны своей высокой внутренней устойчивостью к антибиотикам из-за более толстой и менее проницаемой внешней мембраны.
Примеры грамотрицательных бактерий включают: кишечная палочка, А. бауманни, Сальмонеллаи Псевдомонисдля всех из которых сложно найти новые антибиотики.
«Один из способов, которым мы разобрались в механизме сема [sic] заключалось в том, что его структура была очень большой и напоминала нам о других вещах, нацеленных на внешнюю мембрану», — объясняет Валери. «Когда вы начинаете работать с множеством маленьких молекул… на наш взгляд, это довольно уникальная структура».
Разрушая компонент внешней мембраны, семапимод повышает чувствительность грамотрицательных бактерий к препаратам, которые обычно активны только против грамположительных бактерий.
Валери вспоминает цитату из статьи 2013 года, опубликованной в журнале Тенденции Биотехнологии: «Для грамположительных инфекций нужны лекарства получше, а для грамотрицательных нужны любые лекарства».