Η χρήση της τεχνητής νοημοσύνης (AI) αποδεικνύεται καθοριστική για την Ιατρική, καθώς η τεχνολογία βοήθησε επιστήμονες να ανακαλύψουν τα πρώτα νέα αντιβιοτικά έπειτα από 60 χρόνια.
Η ανακάλυψη μιας νέας ένωσης ικανής να εξοντώσει ένα ανθεκτικό στα φάρμακα βακτήριο, το οποίο σκοτώνει χιλιάδες ανθρώπους παγκοσμίως κάθε χρόνο, θα μπορούσε να αποδειχθεί σημείο καμπής στον αγώνα κατά της αντοχής στα αντιβιοτικά.
«Το βασικό συμπέρασμα εδώ ήταν ότι μπορούσαμε να δούμε τι μάθαιναν τα μοντέλα για να κάνουν τις προβλέψεις τους, ότι δηλαδή ορισμένα μόρια θα μπορούσαν να αποτελέσουν καλά αντιβιοτικά», δήλωσε σε ανακοίνωσή του ο Τζέιμς Κόλινς, καθηγητής Ιατρικής Μηχανικής και Επιστήμης στο Τεχνολογικό Ινστιτούτο της Μασαχουσέτης (MIT) και ένας από τους συγγραφείς της μελέτης.
«Η έρευνά μας παρέχει ένα πλαίσιο που είναι αποδοτικό από άποψη χρόνου και πόρων, και προσφέρει σημαντικές πληροφορίες από τη σκοπιά της χημικής δομής, με τρόπους που δεν είχαμε στη διάθεσή μας μέχρι σήμερα».
Τα αποτελέσματα δημοσιεύθηκαν στο περιοδικό Nature και συνυπογράφονται από μια ομάδα 21 ερευνητών.
Η μελέτη είχε ως στόχο 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 ρητό προγραμματισμό.
Εφαρμόζεται όλο και περισσότερο στην ανακάλυψη φαρμάκων για να επιταχύνει την αναγνώριση πιθανών υποψήφιων φαρμάκων, να προβλέψει τις ιδιότητές τους και να βελτιστοποιήσει τη διαδικασία ανάπτυξης φαρμάκων.
Στην περίπτωση αυτή, οι ερευνητές επικεντρώθηκαν στον ανθεκτικό στη μεθικιλλίνη Staphylococcus aureus (MRSA).
Οι λοιμώξεις από MRSA μπορεί να κυμαίνονται από ήπιες δερματικές λοιμώξεις έως πιο σοβαρές και δυνητικά απειλητικές για τη ζωή καταστάσεις, όπως πνευμονία και λοιμώξεις του κυκλοφορικού συστήματος.
Σύμφωνα με το Ευρωπαϊκό Κέντρο Πρόληψης και Ελέγχου Νόσων (ECDC), στην Ευρωπαϊκή Ένωση καταγράφονται σχεδόν 150.000 λοιμώξεις από MRSA κάθε χρόνο, ενώ περίπου 35.000 άτομα πεθαίνουν ετησίως από λοιμώξεις ανθεκτικές στα αντιμικροβιακά.
Πώς έγινε η ανακάλυψη;
Η ερευνητική ομάδα του MIT εκπαίδευσε ένα μοντέλο βαθιάς μάθησης με σημαντικά διευρυμένη κλίμακα, χρησιμοποιώντας εκτεταμένα σύνολα δεδομένων.
Για τη δημιουργία των δεδομένων εκπαίδευσης, αξιολογήθηκαν περίπου 39.000 ενώσεις ως προς την αντιβιοτική τους δράση κατά 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 ξέρει πραγματικά τι συμβαίνει στο παρασκήνιο», δήλωσε ο Felix Wong, μεταδιδακτορικός ερευνητής στο MIT και στο Harvard και ένας από τους κύριους συγγραφείς της μελέτης.
Ανακάλυψη μιας νέας ένωσης
Για να περιορίσουν την επιλογή των πιθανών φαρμάκων, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν τρία επιπλέον μοντέλα βαθιάς μάθησης. Τα μοντέλα αυτά εκπαιδεύτηκαν ώστε να αξιολογούν την τοξικότητα των ενώσεων σε τρεις διαφορετικούς τύπους ανθρώπινων κυττάρων.
Συνδυάζοντας αυτές τις προβλέψεις τοξικότητας με την αντιμικροβιακή δράση που είχε προσδιοριστεί προηγουμένως, 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.
Τα μοντέλα εντόπισαν ενώσεις από πέντε διαφορετικές κατηγορίες, οι οποίες ταξινομήθηκαν με βάση συγκεκριμένες χημικές υποδομές εντός των μορίων και παρουσίασαν προβλεπόμενη δράση κατά του MRSA.
Στη συνέχεια, οι ερευνητές απέκτησαν περίπου 280 από αυτές τις ενώσεις και διεξήγαγαν δοκιμές κατά του MRSA σε εργαστηριακό περιβάλλον. Η προσέγγιση αυτή τους οδήγησε στον εντοπισμό δύο υποσχόμενων υποψήφιων αντιβιοτικών από την ίδια κατηγορία.
Σε πειράματα που πραγματοποιήθηκαν σε δύο μοντέλα ποντικών – το ένα για δερματική λοίμωξη από MRSA και το άλλο για συστηματική λοίμωξη από MRSA – καθεμία από αυτές τις ενώσεις μείωσε τον πληθυσμό του MRSA κατά 10 φορές.
Με πληροφορίες από euronews.com
