AI-antibiootit: Kuinka tekoälyalgoritmit tunnistavat uudentyyppisiä antibiootteja

• Kirjoittaja:
• tekijän nimi

  Quantumrun Foresight
• Huhtikuu 19, 2022

Havainnon yhteenveto

Uusien prosessien tutkiminen antibioottien löytämiseksi, kuten tekoälyn (AI) sisällyttäminen, avaa ovia erittäin vastustuskykyisten bakteerien torjuntaan. Tällä tutkimuksella on kauaskantoisia vaikutuksia, mahdollisesta miljoonien ihmishenkien pelastamisesta hallituksen politiikan muotoiluun ja lääketeollisuuden suuntaan vaikuttamiseen. Lisälöydöillä, kuten ratkaisuilla proteiinien laskostukseen ja hiiltä imevien materiaalien kehittämiseen, on todennäköisesti merkittäviä vaikutuksia terveydenhuoltoon, ilmastonmuutoksen hillitsemiseen sekä energian tuotantoon ja varastointiin.

AI-antibioottien konteksti

Massachusetts Institute of Technologyn (MIT) AI-malleja käyttävät tutkijat tunnistivat (2020) antibiootin, joka voi tappaa monia bakteerikantoja. Kriittisesti tämä lääke (Halicin) voi tappaa bakteerikantoja, joiden tiedetään olevan resistenttejä antibiooteille. Tekoälymalleja käyttämällä antibiootit voidaan tunnistaa osoittamalla vain halutun molekyylin ominaisuudet, verrattuna lukemattomien kokeiden ja testien aloittamiseen, joiden tulosten tuottaminen voi kestää vuosia ja maksaa huomattavia kustannuksia. MIT:n tutkijat käyttivät tietokonemallia, joka pystyi seulomaan yli sata miljoonaa kemiallista yhdistettä päivissä. Malli on suunniteltu valitsemaan mahdollisia antibiootteja, jotka tappavat bakteereja käyttämällä erilaisia ​​mekanismeja kuin muissa lääkehoidoissa. 

Yhdysvaltalainen teknologiayritys IBM on myös kehittänyt tekoälyjärjestelmän, joka voi suunnitella uusia antibiootteja muutamassa päivässä ja auttaa luomaan uusia hoitoja muihin sairauksiin, kuten COVID-19-pandemiaan. Yrityksen järjestelmä perustuu generatiiviseen malliin, ja tutkijat tarjoavat AI-algoritmille massiivisen tietokannan tunnetuista peptidimolekyyleistä. Tekoälyalgoritmi käyttää tietokantaa analysoimaan kuvioita ja laskemaan sitten molekyylien ja niiden ominaisuuksien välisen suhteen.

Jos tietyllä molekyylillä havaitaan olevan tietty rakenne tai koostumus, sillä on taipumus suorittaa tietty toiminto, minkä ansiosta järjestelmä oppii molekyylisuunnittelun perussäännöt. Tutkijat voivat kertoa tekoälyjärjestelmälle, mitä ominaisuuksia se haluaa uudella molekyylillä olevan, ja näiden parametrien avulla suunnitella sitten uusia molekyylejä, jotka täyttävät nämä parametrit, joita voidaan sitten testata hiirillä. Tekoälyjärjestelmä on suunniteltu skannaamaan jopa 100 miljoonaa kemiallista yhdistettä muutamassa päivässä ja tunnistamaan mahdolliset antibiootit.

Häiritsevä vaikutus

Uusien antibioottien löytäminen prosessilla, jota tutkijat tutkivat, on toivon majakka taistelussa antibiooteille vastustuskykyisiä bakteereja vastaan. Tämä prosessi ei ainoastaan ​​mahdollista sellaisten antibioottien tunnistamista, jotka voivat kohdistua erittäin vastustuskykyisiin variantteihin, vaan myös avaa oven uusien lääkkeiden suunnittelulle, jotka voivat torjua bakteereja, joihin tunnetut antibiootit eivät enää vaikuta. Kun astumme "antibiootin jälkeiseen" aikakauteen, jossa nykyiset antibiootit menettävät tehokkuutensa kasvien, eläinten ja ihmisten hoidossa käytettyjen liikakäytön vuoksi, tämä tutkimus on kriittisempi kuin koskaan. 

Yhdistyneiden kansakuntien raportin mukaan antibioottien tehon heikkeneminen on vakava huolenaihe, joka johtaa jopa 700,000 10 kuolemaan vuosittain. Tämän määrän ennustetaan nousevan hälyttävästi 2050 miljoonaan vuoteen XNUMX mennessä, jos suuntaus jatkuu. Kyky löytää ja luoda uusia antibiootteja ei ole vain tieteellinen edistysaskel; se on pelastusköysi, joka voi mahdollisesti pelastaa miljoonia ihmishenkiä tulevaisuudessa. Hallitusten kannalta tämä korostaa, että on tärkeää tukea tämän alan tutkimusta ja kehitystä sekä toteuttaa politiikkoja olemassa olevien antibioottien liikakäytön säätelemiseksi. 

Uusien antibioottien kehittäminen voi johtaa tehokkaampiin hoitoihin yleisiin infektioihin, mikä vähentää komplikaatioiden ja kuoleman riskiä. Lääketeollisuuden yritykset saattavat joutua investoimaan tähän tutkimukseen, koska ne tiedostavat sen mahdollisuudet muokata lääketieteen tulevaisuutta. Oppilaitokset saattavat myös joutua keskittymään seuraavan sukupolven tutkijoiden kouluttamiseen tällä alalla, jotta vauhti jatkuu. 

AI-antibioottien vaikutukset

AI-antibioottien laajempia vaikutuksia voivat olla:  

• Farmaseuttiset sovellukset kehittävät uusia hoitoja ja lääkkeitä aiemmin hoitamattomien sairauksien hoitoon, mikä pidentää elinikää ja parantaa kroonisista ja akuuteista sairauksista kärsivien potilaiden elämänlaatua.
• Mahdollisia ratkaisuja löydetään vuosikymmeniä kestäneeseen proteiinien laskostumisen ongelmaan, mikä mahdollistaa syvemmän ymmärryksen biologisista prosesseista ja nopeuttaa hoitojen kehittämistä sairauksiin, kuten Alzheimerin ja Parkinsonin tautiin.
• Hiiltä absorboivien materiaalien löytäminen ilmastonmuutoksen torjumiseksi, mikä osaltaan vähentää kasvihuonekaasupäästöjä ja tukee maailmanlaajuisia pyrkimyksiä lieventää ilmaston lämpenemisen vaikutuksia.
• Sellaisten materiaalien löytäminen, joita voidaan käyttää edistämään energian tuotantoa ja varastointia, parantamaan energiatehokkuutta ja vähentämään riippuvuutta uusiutumattomista luonnonvaroista.
• Hallitukset panevat täytäntöön tiukempia säännöksiä antibioottien käytöstä maataloudessa ja terveydenhuollossa, mikä johtaa hallitumpaan ja vastuullisempaan lähestymistapaan olemassa olevien antibioottien tehokkuuden säilyttämiseksi.
• Lisätään investointeja antibioottiresistenssiin liittyvään tutkimukseen, edistetään tutkijoiden, terveydenhuollon ammattilaisten ja poliittisten päättäjien välistä yhteistyötä ja edistetään uusien lääketieteellisten teknologioiden kehitystä.
• Kohdennettujen koulutuskampanjoiden kehittäminen tietoisuuden lisäämiseksi antibioottiresistenssistä, mikä johtaa tietoisempaan yleisön käyttäytymiseen ja vastuullisen antibioottien käytön tukemiseen.
• Lääketeollisuuden painopisteen muutos kohti yksilöllistä lääketiedettä, joka hyödyntää yksilöllisen geneettisen koostumuksen ymmärtämistä, mikä johtaa räätälöitympiin ja tehokkaampiin hoitoihin.
• Uusien materiaalien ja tekniikoiden integrointi rakentamiseen ja valmistukseen, mikä johtaa energiatehokkaampiin rakennuksiin ja liikennejärjestelmiin, mikä edistää kestävämpää kaupunkiympäristöä.
• Uusien työtehtävien ja erikoisalojen ilmaantuminen tieteen ja terveydenhuollon aloille, mikä johtaa ammattitaitoisten ammattilaisten kysyntään antibioottitutkimukseen, proteiinien laskostukseen ja materiaalitieteeseen liittyvillä aloilla.

Pohdittavia kysymyksiä

• Mikä voi mielestäsi rajoittaa farmaseuttisten tekoälyjärjestelmien kykyä tuottaa uusia antibiootteja, jos sellaisia ​​on? 
• Uskotko, että kaikki uudet antibiootit, jotka on löydetty osana tekoälyyn perustuvaa tutkimusta, pitäisi saattaa helposti sellaisten maiden saataville, joilla ei olisi resursseja samanlaisen tutkimuksen tuottamiseen ja suorittamiseen?