AI antibiotikumok: Hogyan azonosítják a mesterséges intelligencia algoritmusai az új típusú antibiotikumokat

• Szerző:
• Szerző neve

  Quantumrun Foresight
• April 19, 2022

Insight összefoglaló

Az antibiotikumok felfedezésére irányuló új eljárások – például a mesterséges intelligencia (AI) beépítése – feltárása utat nyit a rendkívül ellenálló baktériumok leküzdésére. Ennek a kutatásnak messzemenő következményei vannak, az életek millióinak megmentésétől a kormányzati politikák alakításáig és a gyógyszeripar irányvonalának befolyásolásáig. A további felfedezések, mint például a fehérjék hajtogatásának megoldásai és a szén-elnyelő anyagok fejlesztése, jelentős hatást gyakorolhatnak az egészségügyre, a klímaváltozás mérséklésére, valamint az energiatermelésre és -tárolásra.

AI antibiotikumok összefüggésben

A Massachusetts Institute of Technology (MIT) mesterséges intelligencia modelljeit használó kutatók (2020) azonosítottak egy olyan antibiotikumot, amely számos baktériumtörzset elpusztíthat. Kritikusan ez a gyógyszer (Halicin) képes elpusztítani azokat a baktériumtörzseket, amelyekről ismert, hogy rezisztensek az antibiotikumokkal szemben. A mesterséges intelligencia modellek használatával az antibiotikumok csak a kívánt molekula tulajdonságainak megjelölésével azonosíthatók, szemben a számtalan kísérlet és teszt kezdeményezésével, amelyek eredményéhez akár évekbe is telhet, és jelentős költséggel. Az MIT kutatói olyan számítógépes modellt használtak, amely több mint százmillió kémiai vegyület átvizsgálására képes napok alatt. A modellt úgy tervezték, hogy olyan potenciális antibiotikumokat válasszon ki, amelyek elpusztítják a baktériumokat, más mechanizmusok segítségével, mint a többi gyógyszeres kezelésnél. 

Az egyesült államokbeli IBM technológiai cég emellett kifejlesztett egy mesterséges intelligencia-rendszert, amely napok alatt képes új antibiotikumokat kifejleszteni, és új kezelési módszereket hoz létre más állapotok, például a COVID-19 világjárvány kezelésére. A cég rendszere egy generatív modellre támaszkodik, ahol a kutatók az AI algoritmust az ismert peptidmolekulák hatalmas adatbázisával látják el. Az AI algoritmus az adatbázis segítségével elemzi a mintákat, majd kiszámítja a molekulák és tulajdonságaik közötti kapcsolatot.

Ha egy adott molekuláról kiderül, hogy bizonyos szerkezettel vagy összetétellel rendelkezik, az hajlamos egy meghatározott funkciót ellátni, ami lehetővé teszi a rendszer számára, hogy megtanulja a molekulatervezés alapvető szabályait. A kutatók meg tudják mondani az AI-rendszernek, hogy milyen tulajdonságokkal rendelkezik az új molekula, és ezen paraméterek felhasználásával új molekulákat terveznek, amelyek megfelelnek ezeknek a paramétereknek, amelyeket aztán egereken tesztelhetnek. Az AI-rendszert úgy tervezték, hogy akár 100 millió kémiai vegyületet is átvizsgáljon néhány napon belül, és azonosítsa a leendő antibiotikumokat.

Bomlasztó hatás

Az új antibiotikumok felfedezése egy olyan folyamaton keresztül, amelyet a tudósok vizsgálnak, reményt jelent az antibiotikum-rezisztens baktériumok elleni küzdelemben. Ez a folyamat nemcsak olyan antibiotikumok azonosítását teszi lehetővé, amelyek megcélozhatják a rendkívül rezisztens variánsokat, hanem megnyitja az ajtót olyan új gyógyszerek tervezése előtt, amelyek képesek leküzdeni az ismert antibiotikumok által már nem érintett baktériumokat. Ahogy belépünk az „antibiotikum utáni” korszakba, ahol a meglévő antibiotikumok veszítenek hatékonyságukból a növények, állatok és emberek kezelésében való túlzott használat miatt, ez a kutatás kritikusabb, mint valaha. 

Az ENSZ jelentése szerint az antibiotikumok csökkent hatékonysága komoly aggodalomra ad okot, és évente akár 700,000 10 halálesethez is vezethet. Ez a szám az előrejelzések szerint 2050-re riasztóan XNUMX millióra fog emelkedni, ha a tendencia folytatódik. Az új antibiotikumok felfedezésének és létrehozásának képessége nem csupán tudományos előrelépés; ez egy mentőöv, amely potenciálisan milliók életét mentheti meg a jövőben. A kormányok számára ez aláhúzza a kutatás és fejlesztés támogatásának fontosságát ezen a területen, valamint a meglévő antibiotikumok túlzott használatának szabályozására irányuló politikák végrehajtását. 

Az új antibiotikumok kifejlesztése a gyakori fertőzések hatékonyabb kezelését eredményezheti, csökkentve a szövődmények és a halálozás kockázatát. Lehetséges, hogy a gyógyszeripar vállalatainak be kell fektetniük ebbe a kutatásba, felismerve a benne rejlő lehetőségeket az orvostudomány jövőjének alakítására. Előfordulhat, hogy az oktatási intézményeknek a tudósok következő generációjának képzésére kell összpontosítaniuk ezen a területen, biztosítva a lendület folytatását. 

Az AI antibiotikumok hatásai

Az AI antibiotikumok szélesebb körű hatásai a következők lehetnek:  

• Gyógyszerészeti alkalmazások új kezeléseket és gyógyszereket fejlesztenek ki a korábban kezelhetetlen betegségek kezelésére, ami meghosszabbítja a várható élettartamot és javítja a krónikus és akut betegségekben szenvedő betegek életminőségét.
• Lehetséges megoldásokat fedeznek fel a több évtizedes fehérjehajtogatás problémájára, amelyek lehetővé teszik a biológiai folyamatok mélyebb megértését, és felgyorsítják az olyan betegségek terápiáinak fejlesztését, mint az Alzheimer-kór és a Parkinson-kór.
• Szén-elnyelő anyagok felfedezése az éghajlatváltozás leküzdésére, hozzájárulva az üvegházhatású gázok kibocsátásának csökkentéséhez és a globális felmelegedés hatásainak mérséklésére irányuló globális erőfeszítések támogatásához.
• Olyan anyagok felfedezése, amelyek felhasználhatók az energiatermelés és -tárolás előmozdítására, az energiahatékonyság növelésére és a nem megújuló erőforrásoktól való függés csökkentésére.
• A kormányok szigorúbb szabályozást vezetnek be az antibiotikumok használatára vonatkozóan a mezőgazdaságban és az egészségügyben, ami kontrolláltabb és felelősségteljesebb megközelítést eredményez a meglévő antibiotikumok hatékonyságának megőrzésében.
• Az antibiotikum-rezisztenciával kapcsolatos kutatásokba való fokozott befektetés, a tudósok, egészségügyi szakemberek és politikai döntéshozók közötti együttműködés elősegítése, valamint az új orvosi technológiák fejlesztésének ösztönzése.
• Célzott oktatási kampányok kidolgozása az antibiotikum-rezisztenciával kapcsolatos tudatosság felkeltésére, amely a lakosság tájékozottabb magatartásához és a felelős antibiotikum-használat támogatásához vezet.
• A gyógyszeripar fókuszának eltolódása a személyre szabott orvoslás irányába, az egyéni genetikai felépítés megértésének elősegítése érdekében, ami személyre szabottabb és hatékonyabb kezelésekhez vezet.
• Új anyagok és technológiák integrálása az építőiparba és a gyártásba, ami energiahatékonyabb épületekhez és közlekedési rendszerekhez vezet, hozzájárulva a fenntarthatóbb városi környezethez.
• Új munkakörök és szakterületek megjelenése a tudományos és egészségügyi szektorban, ami az antibiotikum-kutatáshoz, a fehérjehajtogatáshoz és az anyagtudományhoz kapcsolódó területeken képzett szakemberek iránti keresletet eredményez.

Megfontolandó kérdések

• Ön szerint mi korlátozhatja a gyógyszerészeti mesterséges intelligencia rendszerek azon képességét, hogy új antibiotikumokat állítsanak elő, ha vannak ilyenek? 
• Úgy gondolja, hogy a mesterséges intelligencia által vezérelt kutatási erőfeszítések részeként felfedezett új antibiotikumokat könnyen elérhetővé kell tenni olyan országok számára, amelyek nem rendelkeznek a hasonló kutatások előállításához és elvégzéséhez szükséges erőforrásokkal?