人工智能在创纪录的时间内发现了抗生素

由:Jesslyn盾牌|

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麻省理工学院的研究人员使用了一种机器学习算法来识别一种名为halicin的药物,这种药物可以杀死许多菌株。Halicin(第一行)阻止了抗生素耐药性的发展大肠杆菌,而环丙沙星(最下面一行)则没有。图片来源:麻省理工学院柯林斯实验室(CC BY-NC-ND 3.0)

1928年,一位名叫亚历山大·弗莱明爵士的苏格兰科学家离开了他研究金黄色葡萄菌和他的家人去度两周的假。当他回到实验室的工作台上时,他不仅意识到他没有把工作空间整理得很好,而且还意识到餐具细菌里面长着霉菌。他还注意到,细菌似乎在积极地避开培养皿中的发霉区域。后来他说:“我当然没有打算通过发现世界上第一种抗生素或细菌杀手来彻底改变所有的医学。”但我想这正是我所做的。”

如今,发现重要的新抗生素并不需要一个马虎的科学家——只需要一台电脑。麻省理工学院(MIT)的一组研究人员使用了人工智能(AI)以确定一种新的抗生素,它甚至能杀死一些迄今为止对抗生素有耐药性的菌株。

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但这是否意味着实验室配备的是机器人而不是人呢?不!研究小组创建了一个计算机模型,在短短几天内系统地筛选了超过1亿种化合物——这一壮举需要实验室技术人员多年的时间才能完成(和拜访弗莱明时的许多科学发现一样)。

在过去的十年里,很少有新的抗生素被发现,在此期间,细菌变得越来越难对付。

“我们正面临一场围绕抗生素耐药性的日益严重的危机,这种情况是由越来越多的病原体对现有抗生素产生耐药性,以及生物技术和制药行业对新抗生素缺乏研发渠道造成的。”麻省理工学院医学工程与科学研究所(IMES)和生物工程系的教授詹姆斯·柯林斯说新闻稿

他们是如何做到的

该研究小组开发了一种机器学习计算机模型,可以识别大约2500种阻止细菌生长的分子化合物——在这种情况下,大肠杆菌,特别是。然后,他们将该项目引入到目前正在研究的6000种药物中,看看其中是否有可能对治疗已知的人类疾病有用。一旦模型选择了具有最强抗菌潜能的分子,并且看起来与任何已知抗生素都不相似,研究小组就会使用不同的模型来观察这种分子是否对人类有害。

等好了!该模型将候选对象缩小到一种——研究人员将其命名为“halicin”——这种药物过去曾作为一种治疗糖尿病的药物进行过测试。Halicin已经在几种不同的耐抗生素菌株的实验室样本上进行了测试,结果显示,除了一种非常顽固的肺部病原体外,Halicin几乎可以杀死所有细菌。

在发现了halicin之后,研究团队使用该模型利用另一个化合物数据库确定了23个候选化合物,并发现了两种特别有效的化合物。研究人员现在正在努力寻找一种对其杀死的细菌更有选择性的抗生素,这样它们就不会在拯救我们生命的同时破坏我们所有有益的肠道菌群。至于halicin,据新闻稿称,研究人员计划与制药公司或非营利组织合作,开发用于人类的药物。

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