ხელოვნურმა ინტელექტმა ახალი ანტიბიოტიკი გამოიგონა: ის მოაგვარებს პრობლემას, რომელსაც ექიმები ათწლეულების განმავლობაში ვერ უმკლავდებოდნენ

მანქანათმცოდნეობის ალგორითმმა დაადგინა ნაერთი, რომელიც კლავს Acinetobacter baumannii-ს, სუპერბაქტერიას, რომელიც ბევრ საავადმყოფოშია ნაპოვნი. ამის შესახებ გამოცემაში უფრო დეტალურად აცხადებენ Scitech Daily.

ფოტო: IStock

ხელოვნური ინტელექტის ალგორითმის გამოყენებით, MIT-ის და მაკმასტერის უნივერსიტეტის მკვლევარებმა აღმოაჩინეს ახალი ანტიბიოტიკი, რომელსაც შეუძლია მოკლას ბაქტერიების ტიპები, რომლებიც პასუხისმგებელნი არიან წამლების მიმართ რეზისტენტულ ინფექციებზე.

პაციენტებში გამოსაყენებლად შემუშავებული პრეპარატს შეუძლია დაეხმაროს Acinetobacter baumannii-ის წინააღმდეგ ბრძოლაში, ბაქტერიის ტიპი, რომელიც ჩვეულებრივ გვხვდება საავადმყოფოებში, რომელსაც შეუძლია გამოიწვიოს პნევმონია, მენინგიტი და სხვა სერიოზული ინფექციები. მიკრობი ერაყსა და ავღანეთში დაჭრილ ჯარისკაცებს შორის ინფექციის მთავარი მიზეზია.

„აცინეტობაქტერი დიდხანს ცოცხლობს კარის სახელურებზე და საავადმყოფოს აღჭურვილობაზე და ასევე შთანთქავს ანტიბიოტიკებისადმი რეზისტენტულ გენებს გარემოდან. ახლა ძალიან ხშირია A. baumannii-ის იზოლატების პოვნა, რომლებიც რეზისტენტულია თითქმის ყველა ანტიბიოტიკის მიმართ,“ - ამბობს ჯონათან სტოკსი, MIT-ის ყოფილი ექიმი, რომელიც ახლა არის მაკმასტერის უნივერსიტეტის ბიოქიმიისა და ბიოსამედიცინო მეცნიერებების ასისტენტ პროფესორი.

მკვლევარებმა აღმოაჩინეს ახალი წამალი თითქმის 7000 პოტენციური წამლის ნაერთის ბიბლიოთეკიდან მანქანური სწავლების მოდელის გამოყენებით, რომელიც მათ მოამზადეს, რათა შეეფასებინათ, შეაფერხებს თუ არა ქიმიური ნაერთი A. baumannii-ს ზრდას.

„ეს აღმოჩენა მხარს უჭერს იმ აზრს, რომ AI-ს შეუძლია მნიშვნელოვნად დააჩქაროს და გააფართოვოს ჩვენი ახალი ანტიბიოტიკების ძიება“, განმარტავს ჯეიმს კოლინზი, MIT-ის სამედიცინო ინჟინერიისა და მეცნიერების ინსტიტუტის (IMES) სამედიცინო ინჟინერიისა და მეცნიერების პროფესორი. „მოხარული ვარ, რომ ეს ნამუშევარი აჩვენებს, რომ ჩვენ შეგვიძლია გამოვიყენოთ ხელოვნური ინტელექტი პრობლემურ პათოგენებთან საბრძოლველად, როგორიცაა A. baumannii.

On სათაური: მეცნიერებმა შექმნეს რობოტული აბი: ის შეიძლება იყოს დიაბეტით დაავადებულთა გადარჩენა და გაუმკლავდეს ანტიბიოტიკებისადმი მდგრად ბაქტერიებს

კოლინზი და სტოუკსი ახალი კვლევის წამყვანი ავტორები არიან, რომელიც 25 მაისს გამოქვეყნდა ჟურნალში Nature Chemical Biology. ნაშრომის წამყვანი ავტორები არიან მაკმასტერის დოქტორანტები გარი ლიუ და დენის კატაკუტანი და მაკმასტერის ბოლო კურსდამთავრებული ხუში რატოდი.

ნარკოტიკების აღმოჩენა

ბოლო რამდენიმე ათწლეულის განმავლობაში, ბევრი პათოგენური ბაქტერია გახდა უფრო მდგრადი არსებული ანტიბიოტიკების მიმართ, მაშინ როცა ძალიან ცოტა ახალი ანტიბიოტიკი იქნა შემუშავებული.

რამდენიმე წლის წინ, კოლინზმა, სტოკსმა და MIT-ის პროფესორმა რეგინა ბარზილაიმ დაიწყეს ამ პრობლემის მოგვარება მანქანური სწავლის გამოყენებით. ეს არის ხელოვნური ინტელექტის ტიპი, რომელსაც შეუძლია ისწავლოს ნიმუშების ამოცნობა მონაცემთა უზარმაზარ მოცულობაში. კოლინზი და ბარზილაი იმედოვნებენ, რომ ეს მიდგომა შეიძლება გამოყენებულ იქნას ახალი ანტიბიოტიკების იდენტიფიცირებისთვის, რომლებსაც აქვთ ქიმიური სტრუქტურა, რომელიც განსხვავდება ნებისმიერი არსებული წამლისგან.

მკვლევარებმა პირველად მოამზადეს ალგორითმი ქიმიური სტრუქტურების იდენტიფიცირებისთვის, რომლებსაც შეუძლიათ E. coli-ს ზრდის შეფერხება. 100 მილიონზე მეტი ნაერთების ტესტირების შემდეგ, ამ ალგორითმმა გამოიღო მოლეკულა, რომელსაც მკვლევარებმა ჰალიცინი დაარქვეს, გამოგონილი ხელოვნური ინტელექტის სისტემის მიხედვით 2001 წლიდან: კოსმოსური ოდისეა. მათ აჩვენეს, რომ ამ მოლეკულას შეუძლია მოკლას არა მხოლოდ E. coli, არამედ რამდენიმე სხვა სახის წამლისადმი მდგრადი ბაქტერია.

„ამ სტატიის შემდეგ, როდესაც ჩვენ ვაჩვენეთ, რომ მანქანური სწავლების ეს მიდგომები კარგად მუშაობს ანტიბიოტიკების აღმოჩენის რთული ამოცანებისთვის, მივაქციეთ ყურადღება იმას, რასაც მე მივიჩნევ საჯარო მტრად #1 მულტირეზისტენტული ბაქტერიული ინფექციებისთვის, კერძოდ Acinetobacter“, ამბობს სტოკსი.

მათი გამოთვლითი მოდელისთვის ტრენინგის მონაცემების მისაღებად მკვლევარებმა პირველად გამოავლინეს ლაბორატორიაში მოყვანილი A. baumannii დაახლოებით 7500 სხვადასხვა ქიმიკატთან, რათა დაენახათ, რომელი მათგანი შეაფერხებდა მიკრობის ზრდას. შემდეგ მათ შეიტანეს თითოეული მოლეკულის სტრუქტურა მოდელში. მათ უთხრეს მოდელს, შეეძლო თუ არა თითოეულ სტრუქტურას ბაქტერიების ზრდის შეფერხება. ამან საშუალება მისცა ალგორითმს შეესწავლა ზრდის დათრგუნვასთან დაკავშირებული ქიმია.

მოდელის მომზადების შემდეგ, მკვლევარებმა გამოიყენეს ის 6680 ნაერთების ნაკრების გასაანალიზებლად, რომლებიც მანამდე არ უნახავთ, რომლებიც მიღებული იყო Broad Institute-ის წამლების გადამუშავების ცენტრიდან. ამ ანალიზმა, რომელსაც ორ საათზე ნაკლები დასჭირდა, რამდენიმე ასეული შედეგი გამოიღო. მათგან, მკვლევარებმა შეარჩიეს 240 ექსპერიმენტული ტესტირებისთვის ლაბორატორიაში, რომლებიც ფოკუსირდნენ ნაერთებზე, რომლებსაც აქვთ არსებული ანტიბიოტიკების ან მოლეკულებისგან განსხვავებული სტრუქტურები სასწავლო მონაცემებიდან.

ამ ტესტებმა აჩვენა ცხრა ანტიბიოტიკი, მათ შორის ერთი იყო ძალიან ძლიერი. ეს ნაერთი, რომელიც თავდაპირველად იქნა გამოკვლეული, როგორც დიაბეტის პოტენციური მკურნალობა, აღმოჩნდა, რომ ძალზე ეფექტური იყო A. baumannii-ს მოკვლაში, მაგრამ არ ჰქონდა გავლენა სხვა ბაქტერიების სახეობებზე, მათ შორის Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus aureus და კარბაპენემისადმი რეზისტენტული Enterobacteriaceae.

ეს „ვიწრო სპექტრის“ მკვლელობის უნარი ანტიბიოტიკების სასურველი მახასიათებელია, რადგან ის ამცირებს ბაქტერიებში წამლის წინააღმდეგობის სწრაფი გავრცელების რისკს. კიდევ ერთი უპირატესობა ის არის, რომ პრეპარატი ხელს უწყობს ოპორტუნისტული ინფექციების ჩახშობას, როგორიცაა Clostridium difficile.

ახალი მექანიზმი

თაგვებზე ჩატარებული კვლევისას მკვლევარებმა დაადგინეს, რომ პრეპარატს, რომელსაც მათ აბაცინი უწოდეს, შეუძლია A. baumannii-ით გამოწვეული ინფექციების მკურნალობა. გარდა ამისა, მათ ლაბორატორიულ ტესტებში აღმოაჩინეს, რომ ის მოქმედებს ადამიანის პაციენტებისგან იზოლირებული A. baumannii-ს წამლისადმი რეზისტენტული შტამების წინააღმდეგ.

შემდგომმა ექსპერიმენტებმა აჩვენა, რომ პრეპარატი კლავს უჯრედებს ლიპოპროტეინების გადაცემის სახელით ცნობილი პროცესის ჩარევით, რომელსაც უჯრედები იყენებენ ცილების გადასატანად უჯრედის შიგნიდან უჯრედის კედელში. კერძოდ, პრეპარატი თრგუნავს LolE პროტეინს, რომელიც მონაწილეობს ამ პროცესში.

შეიძლება დაგაინტერესოთ: ნიუ – იორკის ახალი ამბები, ჩვენი ემიგრანტების ისტორიები და სასარგებლო რჩევები დიდ ვაშლში ცხოვრების შესახებ - წაიკითხეთ ეს ყველაფერი New York– ის ფორუმზე

ყველა გრამუარყოფითი ბაქტერია გამოხატავს ამ ფერმენტს, ამიტომ მკვლევარები გაოცებულნი იყვნენ, როდესაც აღმოაჩინეს, რომ აბაცინი ასე შერჩევითი იყო A. baumannii-ში. ისინი ვარაუდობენ, რომ მცირე განსხვავებები, თუ როგორ ასრულებს A. baumannii ამ ამოცანას, შეიძლება ახსნას წამლის სელექციურობა.

„ჩვენ ჯერ არ დაგვისრულებია ექსპერიმენტული მონაცემების შეგროვება, მაგრამ ვფიქრობთ, რომ ეს გამოწვეულია იმით, რომ A. baumannii ლიპოპროტეინებს ოდნავ განსხვავებულად აწვდის, ვიდრე სხვა გრამუარყოფითი სახეობები. ვფიქრობთ, რომ სწორედ ამიტომ ვიღებთ ვიწრო სპექტრის აქტივობას“, - აღნიშნავს სტოკსი.

სტოკსის ლაბორატორია ამჟამად მუშაობს სხვა მკვლევარებთან ერთად ნაერთის სამკურნალო თვისებების ოპტიმიზაციის მიზნით, იმ იმედით, რომ შეიმუშავებს მას პაციენტებში შესაძლო გამოყენებისთვის.

მკვლევარები გეგმავენ გამოიყენონ თავიანთი მოდელირების მიდგომა პოტენციური ანტიბიოტიკების იდენტიფიცირებისთვის სხვა ტიპის წამლებისადმი რეზისტენტული ინფექციებისთვის, მათ შორის Staphylococcus aureus-ით და Pseudomonas aeruginosa-ით გამოწვეული ინფექციებისთვის.

ასევე წაიკითხეთ ფორუმზე:

დამალული ძვირფასი ქვები: შვიდი მაღალი დონის პროდუქტი, რომლის შეძენაც შეგიძლიათ Aldi-ში პენიებად

რა დაგვიჯდება ცუდი ჩვევები: ალკოჰოლი და სწრაფი კვება ავნებს ბიუჯეტს

ვინ ისწავლოს კოლეჯში კარგი ფულის გამომუშავებისთვის: პოპულარული სპეციალობები იწვევს დაბალ ხელფასს

Costco vs Aldi: ხუთი პოპულარული პროდუქტის ფასების შედარება

გსურთ უფრო მნიშვნელოვანი და საინტერესო ამბები აშშ-ში ცხოვრებისა და ამერიკაში იმიგრაციის შესახებ? - მხარი დაგვიჭირეთ შემოწირულობა! ასევე გამოიწერეთ ჩვენი გვერდი Facebook. აირჩიეთ „პრიორიტეტი ჩვენებაში“ და ჯერ წაგვიკითხეთ. ასევე, არ დაგავიწყდეთ ჩვენი გამოწერა დეპეშა არხი  და Instagram- იქ ბევრი საინტერესო რამ არის. და შეუერთდი ათასობით მკითხველს ფორუმი დღევანდელი ნიუ – იორკი — იქ ნახავთ უამრავ საინტერესო და პოზიტიურ ინფორმაციას მეტროპოლიის ცხოვრების შესახებ.