IBM создала алгоритм, который может самостоятельно придумывать новые антибиотики

Одной из серьезных угроз общественному здоровью является рост устойчивых к антибиотикам «супербактерий». Для решения этой проблемы нужно создавать новые лекарства, однако их разработка требует времени. Компания IBM Research решила ускорить этот процесс, создав алгоритм искусственного интеллекта, который самостоятельно ищет новые варианты антибиотиков. ИИ уже показал многообещающие результаты, выпустив два препарата.

Пенициллин стал одним из важнейших научных открытий, но спустя десятилетия преимущества подобных антибиотиков начинают ослабевать

Как и все организмы, бактерии эволюционируют в ответ на факторы окружающей среды, поэтому, когда мы часто «накачиваем» наш организм лекарствами, нам остается лишь ждать, что однажды некоторые бактерии поймут, как защищать себя. Без новых антибиотиков или других методов лечения, по прогнозам ученых, инфекции, еще недавно казавшиеся нестрашными для организма, смогут уносить до 10 миллионов жизней в год к 2050 году. Разработка новых лекарств занимает годы и требует огромного количества экспериментов, а потенциальные препараты могут состоять из бесчисленного количества возможных химических комбинаций. К счастью, технологии уже достаточно продвинулись вперед, чтобы помочь в этом деле врачам.

IBM Research создала систему искусственного интеллекта, которая способна очень быстро исследовать возможные молекулярные конфигурации. Первым делом исследователи разработали модель, которая называется генеративным автоэнкодером. Она изучает ряд пептидных последовательностей, собирает важную информацию об их функциях и молекулах, и ищет сходства с другими пептидами.

Затем алгоритм запускает систему контролируемой выборки Controlled Latent attribute Space Sampling или CLaSS. Она использует собранные ранее данные и генерирует новые пептиды, соответствующие желаемым свойствами (в данном случае это антимикробная эффективность).

Однако способность убивать бактерии — не единственное требование к антибиотику. Он также должен быть безопасным для человека и способным работать со многими классами бактерий. Таким образом, сгенерированные ИИ пептиды проходят через классификаторы глубокого обучения, чтобы отсеять неэффективные или токсичные комбинации.

В ходе тестирования системы, за 48 дней ИИ идентифицировал и синтезировал около 20 новых кандидатов антибиотиков-пептидов. Два из них оказались многообещающими. Они могут бороться сразу с целым рядом бактерий из двух основных классов (грамположительные и грамотрицательные). Во время тестов с мышами они показали низкую токсичность.