Tìm ra loại thuốc có thể chống nhiễm trùng kháng thuốc nhờ AI
Sử dụng AI, các nhà nghiên cứu đã xác định được một loại kháng sinh mới có thể tiêu diệt Acinetobacter baumannii, một loại vi khuẩn gây ra nhiều bệnh nhiễm trùng kháng thuốc.Ảnh minh họa
Sử dụng thuật toán trí tuệ nhân tạo, các nhà nghiên cứu tại MIT và Đại học McMaster đã xác định được một loại kháng sinh mới có thể tiêu diệt một loại vi khuẩn gây ra nhiều bệnh nhiễm trùng kháng thuốc.
Nếu được phát triển để sử dụng cho bệnh nhân, loại thuốc này có thể giúp chống lại Acinetobacter baumannii , một loại vi khuẩn thường được tìm thấy trong bệnh viện và có thể dẫn đến viêm phổi, viêm màng não và các bệnh nhiễm trùng nghiêm trọng khác. Vi khuẩn này cũng là nguyên nhân hàng đầu gây nhiễm trùng ở những người lính bị thương ở Iraq và Afghanistan.
" Acinetobacter có thể tồn tại trên tay nắm cửa và thiết bị của bệnh viện trong một thời gian dài và nó có thể lấy các gen kháng thuốc kháng sinh từ môi trường của nó. Hiện nay, việc tìm thấy các chủng A. baumannii kháng hầu hết mọi loại kháng sinh là điều thực sự phổ biến hiện nay," Jonathan Stokes cho biết. một cựu tiến sĩ MIT hiện là trợ lý giáo sư hóa sinh và khoa học y sinh tại Đại học McMaster.
Các nhà nghiên cứu đã xác định loại thuốc mới từ thư viện gần 7.000 hợp chất thuốc tiềm năng bằng cách sử dụng mô hình học máy mà họ đã đào tạo để đánh giá liệu một hợp chất hóa học có ức chế sự phát triển của A. baumannii hay không .
James Collins, Giáo sư Khoa học và Kỹ thuật Y tế Termeer tại Viện Khoa học và Kỹ thuật Y tế (IMES) và Khoa Kỹ thuật Sinh học của MIT cho biết: “Phát hiện này hỗ trợ thêm cho tiền đề rằng AI có thể tăng tốc và mở rộng đáng kể quá trình tìm kiếm các loại kháng sinh mới của chúng tôi. "Tôi rất vui vì nghiên cứu này cho thấy chúng ta có thể sử dụng AI để giúp chống lại các mầm bệnh có vấn đề như A. baumannii ."
Collins và Stokes là tác giả chính của nghiên cứu mới, xuất hiện hôm nay trên tạp chí Nature Chemical Biology . Các tác giả chính của bài báo là sinh viên tốt nghiệp Đại học McMaster Gary Liu và Denise Catacutan và sinh viên mới tốt nghiệp McMaster Khushi Rathod.
Nghiên cứu chế tạo thuốc
Trong vài thập kỷ qua, nhiều loại vi khuẩn gây bệnh ngày càng trở nên kháng thuốc kháng sinh hiện có, trong khi rất ít loại kháng sinh mới được phát triển.
Cách đây vài năm, Collins, Stokes và Giáo sư Regina Barzilay của MIT (đồng thời là tác giả của nghiên cứu mới), đã bắt đầu giải quyết vấn đề đang gia tăng này bằng cách sử dụng máy học, một loại trí tuệ nhân tạo có thể học cách nhận dạng các mẫu trong phạm vi rộng lớn. lượng dữ liệu. Collins và Barzilay, người đồng điều hành Phòng khám Abdul Latif Jameel của MIT về Học máy trong Y tế, hy vọng phương pháp này có thể được sử dụng để xác định các loại kháng sinh mới có cấu trúc hóa học khác với bất kỳ loại thuốc hiện có nào.
Trong phần trình diễn ban đầu, các nhà nghiên cứu đã đào tạo một thuật toán máy học để xác định các cấu trúc hóa học có thể ức chế sự phát triển của E. coli . Trong một màn hình gồm hơn 100 triệu hợp chất, thuật toán đó tạo ra một phân tử mà các nhà nghiên cứu gọi là halicin, theo tên hệ thống trí tuệ nhân tạo hư cấu từ "2001: A Space Odyssey". Họ đã chỉ ra rằng phân tử này có thể tiêu diệt không chỉ E. coli mà còn một số loài vi khuẩn khác có khả năng kháng thuốc.
"Sau bài báo đó, khi chúng tôi chỉ ra rằng các phương pháp học máy này có thể hoạt động tốt cho các nhiệm vụ khám phá kháng sinh phức tạp, chúng tôi đã chuyển sự chú ý sang thứ mà tôi cho là kẻ thù số 1 của công chúng đối với các bệnh nhiễm trùng do vi khuẩn đa kháng thuốc, đó là Acinetobacter , " Stokes nói.
Để có được dữ liệu đào tạo cho mô hình tính toán của họ, trước tiên, các nhà nghiên cứu đã cho A. baumannii được trồng trong đĩa thí nghiệm tiếp xúc với khoảng 7.500 hợp chất hóa học khác nhau để xem hợp chất nào có thể ức chế sự phát triển của vi khuẩn. Sau đó, họ đưa cấu trúc của từng phân tử vào mô hình. Họ cũng cho mô hình biết liệu mỗi cấu trúc có thể ức chế sự phát triển của vi khuẩn hay không. Điều này cho phép thuật toán tìm hiểu các đặc tính hóa học liên quan đến ức chế tăng trưởng.
Sau khi mô hình được đào tạo, các nhà nghiên cứu đã sử dụng nó để phân tích một tập hợp gồm 6.680 hợp chất mà nó chưa từng thấy trước đây, đến từ Trung tâm tái sử dụng thuốc tại Viện Broad. Phân tích này, mất chưa đầy hai giờ, đã mang lại vài trăm lượt truy cập hàng đầu. Trong số này, các nhà nghiên cứu đã chọn 240 hợp chất để thử nghiệm trong phòng thí nghiệm, tập trung vào các hợp chất có cấu trúc khác với cấu trúc của các loại kháng sinh hoặc phân tử hiện có từ dữ liệu huấn luyện.
Những xét nghiệm đó cho ra 9 loại kháng sinh, trong đó có một loại rất mạnh. Hợp chất này, ban đầu được khám phá như một loại thuốc trị tiểu đường tiềm năng, hóa ra cực kỳ hiệu quả trong việc tiêu diệt A. baumannii nhưng không có tác dụng đối với các loài vi khuẩn khác bao gồm Pseudomonas aeruginosa , Staphylococcus aureus và Enterobacteriaceae kháng carbapenem .
Khả năng tiêu diệt "phổ hẹp" này là một tính năng mong muốn đối với thuốc kháng sinh vì nó giảm thiểu nguy cơ vi khuẩn nhanh chóng lan rộng khả năng kháng thuốc. Một ưu điểm khác là loại thuốc này có khả năng loại bỏ các vi khuẩn có lợi sống trong ruột người và giúp ngăn chặn các bệnh nhiễm trùng cơ hội như Clostridium difficile .
Stokes nói: “Thuốc kháng sinh thường phải được sử dụng một cách có hệ thống và điều cuối cùng bạn muốn làm là gây ra chứng rối loạn vi khuẩn đáng kể và khiến những bệnh nhân vốn đã ốm yếu này dễ bị nhiễm trùng thứ cấp.
Một cơ chế mới
Trong các nghiên cứu trên chuột, các nhà nghiên cứu đã chỉ ra rằng loại thuốc mà họ đặt tên là abaucin, có thể điều trị nhiễm trùng vết thương do A. baumannii gây ra . Trong các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm, họ cũng chỉ ra rằng nó hoạt động chống lại nhiều chủng A. baumannii kháng thuốc được phân lập từ bệnh nhân người.
Các thí nghiệm tiếp theo tiết lộ rằng loại thuốc này giết chết các tế bào bằng cách can thiệp vào một quá trình gọi là vận chuyển lipoprotein, mà các tế bào sử dụng để vận chuyển protein từ bên trong tế bào đến vỏ tế bào. Cụ thể, loại thuốc này dường như ức chế LolE, một loại protein tham gia vào quá trình này.
Tất cả các vi khuẩn gram âm đều biểu hiện enzym này, vì vậy các nhà nghiên cứu đã rất ngạc nhiên khi thấy rằng abaucin rất chọn lọc trong việc nhắm mục tiêu A. baumannii . Họ đưa ra giả thuyết rằng những khác biệt nhỏ trong cách A. baumannii thực hiện nhiệm vụ này có thể giải thích cho tính chọn lọc của thuốc.
"Chúng tôi vẫn chưa hoàn thiện việc thu thập dữ liệu thử nghiệm, nhưng chúng tôi nghĩ rằng đó là do A. baumannii thực hiện việc buôn bán lipoprotein hơi khác một chút so với các loài Gram âm khác. Chúng tôi tin rằng đó là lý do tại sao chúng tôi có được hoạt động phổ hẹp này," Stokes nói .
Phòng thí nghiệm của Stokes hiện đang làm việc với các nhà nghiên cứu khác tại McMaster để tối ưu hóa các đặc tính chữa bệnh của hợp chất, với hy vọng phát triển nó để sử dụng cho bệnh nhân.
Các nhà nghiên cứu cũng có kế hoạch sử dụng phương pháp mô hình hóa của họ để xác định các loại kháng sinh tiềm năng cho các loại bệnh nhiễm trùng kháng thuốc khác, bao gồm cả những bệnh do Staphylococcus aureus và Pseudomonas aeruginosa gây ra .
Theo MIT
- Các nhà nghiên cứu xác định các protein hữu ích nhất cho phát triển vắc-xin HIV hiệu quả(31/5/2023)
- Trí tuệ nhân tạo xúc tác nghiên cứu kích hoạt gen và khám phá các chuỗi DNA hiếm(27/5/2023)
- Tế bào ung thư sử dụng nhiên liệu mới khi không có đường(26/5/2023)
- Một bước gần hơn để phát triển một loại kem chống nắng có khả năng bảo vệ cực cao(24/5/2023)
- Tổng hợp thuốc mới dựa trên flo với tốc độ cực nhanh(23/5/2023)
- Ảnh hưởng của AI đến niềm tin trong tương tác của con người(19/5/2023)
Các bài khác
- Siro ho Otosan Fortuss - Công thức giàu hoạt tính từ mật ong Manuka & 7 loại thảo dược(14/10/2024)
- Thuốc Miplyffa để điều trị bệnh Niemann-Pick loại C(6/10/2024)
- Thuốc Aqneursa điều trị bệnh Niemann-Pick loại C(4/10/2024)
- Thuốc Otulfi điều trị bệnh Crohn, viêm loét đại tràng, bệnh vẩy nến(3/10/2024)
- Thuốc tiêm Tecentriq Hybreza trị ung thư(1/10/2024)
- Thuốc Pavblu điều trị cho bệnh nhân thoái hóa điểm vàng(22/9/2024)
- Thuốc Ebglyss để điều trị bệnh viêm da dị ứng(19/9/2024)
- Thuốc Livdelzi điều trị viêm đường mật nguyên phát(18/9/2024)
- Thuốc Zunveyl (benzgalantamine) để điều trị bệnh Alzheimer(18/9/2024)
- Thuốc Pyzchiva trị vảy nến mảng bám(26/8/2024)