Antibiotika AI: Jak algoritmy umělé inteligence identifikují nové typy antibiotik

• Autor:
• jméno autora

  Quantumrun Foresight
• 19. dubna 2022

Shrnutí statistik

Zkoumání nových procesů k objevování antibiotik, jako je začlenění umělé inteligence (AI), otevírá dveře k boji proti vysoce odolným bakteriím. Tento výzkum má dalekosáhlé důsledky, od možné záchrany milionů životů až po utváření vládní politiky a ovlivnění směřování farmaceutického průmyslu. Další objevy, jako jsou řešení skládání proteinů a vývoj materiálů pohlcujících uhlík, mohou mít významný dopad na zdravotní péči, zmírňování změny klimatu a výrobu a skladování energie.

Kontext AI antibiotik

Výzkumníci používající modely umělé inteligence z Massachusettského technologického institutu (MIT) identifikovali (2020) antibiotikum, které dokáže zabít mnoho bakteriálních kmenů. Kriticky může tento lék (Halicin) zabíjet kmeny bakterií, o kterých je známo, že jsou odolné vůči antibiotikům. Pomocí modelů umělé inteligence lze antibiotika identifikovat pouze uvedením vlastností požadované molekuly ve srovnání se zahájením nesčetných zkoušek a testů, které mohou trvat roky, než přinesou výsledek, a to za značné náklady. Výzkumníci z MIT použili počítačový model, který je schopen prozkoumat více než sto milionů chemických sloučenin za několik dní. Model je navržen tak, aby vybral potenciální antibiotika, která zabíjejí bakterie pomocí jiných mechanismů, než jaké se používají při léčbě jinými léky. 

Americká technologická firma IBM také vyvinula systém umělé inteligence, který dokáže navrhnout nová antibiotika během několika dní a pomoci vytvořit nové způsoby léčby jiných stavů, jako je pandemie COVID-19. Systém společnosti spoléhá na generativní model, přičemž výzkumníci poskytují algoritmu AI obrovskou databázi známých peptidových molekul. Algoritmus umělé inteligence používá databázi k analýze vzorů a poté k výpočtu vztahu mezi molekulami a jejich vlastnostmi.

Pokud se zjistí, že konkrétní molekula má určitou strukturu nebo složení, má tendenci vykonávat specifickou funkci, což umožňuje systému naučit se základní pravidla návrhu molekul. Výzkumníci dokážou systému AI sdělit, jaké vlastnosti chce, aby nová molekula měla, a pomocí těchto parametrů pak navrhnou nové molekuly, které tyto parametry splňují, které lze následně testovat na myších. Systém AI je navržen tak, aby během několika dní naskenoval až 100 milionů chemických sloučenin a identifikoval potenciální antibiotika.

Rušivý dopad

Objev nových antibiotik prostřednictvím procesu, který vědci zkoumají, představuje maják naděje v boji proti bakteriím odolným vůči antibiotikům. Tento proces umožňuje nejen identifikaci antibiotik, která mohou cílit na vysoce odolné varianty, ale také otevírá dveře k navrhování nových léků, které mohou bojovat proti bakteriím, které již nejsou ovlivněny známými antibiotiky. Vstupujeme do „postantibiotické“ éry, kdy stávající antibiotika ztrácejí svou účinnost kvůli nadměrnému používání při léčbě rostlin, zvířat a lidí, je tento výzkum kritičtější než kdy jindy. 

Podle zprávy Organizace spojených národů je snížená účinnost antibiotik vážným problémem, který vede až k 700,000 10 úmrtí ročně. Předpokládá se, že toto číslo vzroste do roku 2050 na alarmujících XNUMX milionů, pokud bude tento trend pokračovat. Schopnost objevovat a vytvářet nová antibiotika není jen vědecký pokrok; je to záchranné lano, které může v budoucnu potenciálně zachránit miliony životů. Pro vlády to podtrhuje důležitost podpory výzkumu a vývoje v této oblasti a také zavádění politik k regulaci nadměrného užívání stávajících antibiotik. 

Vývoj nových antibiotik může vést k účinnější léčbě běžných infekcí, snížit riziko komplikací a úmrtí. Společnosti ve farmaceutickém průmyslu možná budou muset investovat do tohoto výzkumu, uznávajíce jeho potenciál utvářet budoucnost medicíny. Vzdělávací instituce se mohou také muset zaměřit na školení příští generace vědců v této oblasti, aby bylo zajištěno, že dynamika bude pokračovat. 

Důsledky antibiotik AI

Širší důsledky antibiotik AI mohou zahrnovat:  

• Farmaceutické aplikace vyvíjející nové léčebné postupy a léky k léčbě dříve neléčitelných onemocnění, což vede k prodloužení očekávané délky života a zlepšení kvality života pacientů trpících chronickými a akutními stavy.
• Objevují se možná řešení desetiletí trvajícího problému skládání proteinů, což umožňuje hlubší pochopení biologických procesů a urychluje vývoj terapií nemocí, jako je Alzheimerova a Parkinsonova choroba.
• Objev materiálů pohlcujících uhlík pro řešení změny klimatu, přispívajících ke snižování emisí skleníkových plynů a podporujících globální úsilí o zmírnění dopadů globálního oteplování.
• Objev materiálů, které lze použít k rozvoji výroby a skladování energie, ke zvýšení energetické účinnosti a snížení závislosti na neobnovitelných zdrojích.
• Vlády zavádějící přísnější předpisy o používání antibiotik v zemědělství a zdravotnictví, což vede k kontrolovanějšímu a odpovědnějšímu přístupu k zachování účinnosti stávajících antibiotik.
• Zvýšené investice do výzkumu souvisejícího s odolností vůči antibiotikům, podpora spolupráce mezi vědci, zdravotnickými pracovníky a tvůrci politik a podpora vývoje nových lékařských technologií.
• Rozvoj cílených vzdělávacích kampaní ke zvýšení povědomí o antibiotické rezistenci, což povede k informovanějšímu chování veřejnosti a podpoře odpovědného používání antibiotik.
• Posun v zaměření farmaceutického průmyslu na personalizovanou medicínu, využívající porozumění individuální genetické výbavě, což vede k přizpůsobenější a účinnější léčbě.
• Integrace nových materiálů a technologií do stavebnictví a výroby, což vede k energeticky účinnějším budovám a dopravním systémům, což přispívá k udržitelnějšímu městskému prostředí.
• Vznik nových pracovních rolí a specializací v rámci vědeckého a zdravotnického sektoru, což vede k poptávce po kvalifikovaných profesionálech v oborech souvisejících s výzkumem antibiotik, skládáním proteinů a vědou o materiálech.

Otázky k zamyšlení

• Co si myslíte, že může omezit schopnost farmaceutických systémů umělé inteligence produkovat nová antibiotika, pokud vůbec nějaká? 
• Domníváte se, že jakákoli nová antibiotika objevená v rámci výzkumného úsilí řízeného umělou inteligencí by měla být snadno dostupná zemím, které by neměly prostředky na výrobu a provádění podobného výzkumu?