Các nhà khoa học tại Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) đã cố gắng phát hiện ra một số loại kháng sinh mới cùng một lúc bằng cách sử dụng mạng lưới thần kinh, đây là một thành tựu độc đáo trong lịch sử y học. Một trong những phát hiện - halicin - có thể tiêu diệt ngay cả những vi khuẩn đã kháng tất cả các loại thuốc hiện có.
Các nhà khoa học tại MIT là những người đầu tiên trên thế giới phát hiện ra thuốc kháng sinh sử dụng trí thông minh nhân tạo. Theo một bài báo đăng ngày 20 tháng 2 trên tạp chí khoa học Cell, mạng lưới thần kinh của họ có thể phát hiện ra 9 loại kháng sinh mới bằng cách phân tích cơ sở dữ liệu các hợp chất hóa học.
Trong số những phát hiện của các nhà khoa học từ MIT, một phân tử được gọi là halicin được ghi nhận riêng biệt - để vinh danh hệ thống trí tuệ nhân tạo HAL trong bộ phim "2001: A Space Odyssey." Halicin có thể tiêu diệt vi khuẩn gây bệnh lao, viêm đại tràng màng giả (một bệnh truyền nhiễm nặng ở trực tràng), và ngoài ra, vi khuẩn đường ruột và vi khuẩn Bauman's akinetobacteria, nhiễm vào cơ thể với khả năng miễn dịch thấp, dẫn đến các bệnh truyền nhiễm và bệnh nhân thường tử vong.. Tổ chức Y tế Thế giới xếp chúng vào loại đặc biệt nguy hiểm - chúng khó điều trị và kháng tất cả các loại kháng sinh hiện đang được sử dụng trong y tế.
Nhà nghiên cứu sinh học James Collins cho biết đây là một trong những loại kháng sinh mạnh nhất từng được phát hiện cho đến nay.
Halicin đã được thử nghiệm trên chuột trong phòng thí nghiệm. Thuốc mỡ halicin đã chữa khỏi hoàn toàn những con chuột khỏi bệnh vi khuẩn Bauman's akinetobacteriosis chỉ trong một ngày. Tổng cộng, như các nhà khoa học đã tìm ra, halicin có khả năng tiêu diệt 35 loại vi khuẩn mạnh mẽ.
Từ cuộc sống của vi khuẩn tuyệt vời
Những gì các nhà khoa học của MIT đã làm được là một bước đột phá thực sự. Và không chỉ vì lần đầu tiên trí tuệ nhân tạo được sử dụng thành công để tìm ra một loại kháng sinh. Các nhà khoa học đã không thể tìm ra các loại kháng sinh mới trong hơn 30 năm. Điều đó, như các tác giả của nghiên cứu lưu ý, đặt nhân loại vào bờ vực của một thảm họa toàn cầu. Theo một nghiên cứu của nhà kinh tế người Anh Jim O'Neill (.pdf), nếu không phát hiện ra thuốc kháng sinh mới, vào năm 2050, các bệnh truyền nhiễm sẽ giết chết 10 triệu người mỗi năm.
Hầu hết các loại kháng sinh hiện có đều có nguồn gốc tự nhiên. Kể từ giữa những năm 1980, không có một loại kháng sinh mới nào về cơ bản được phát hiện trong tự nhiên. Và các tác nhân kháng khuẩn tổng hợp, trong số đó rất ít xuất hiện trong dược phẩm trong những thập kỷ gần đây, chỉ là những sửa đổi nhỏ so với những gì các nhà khoa học đã tìm ra cách đây nhiều năm.
Bản thân thuốc kháng sinh là những chất mà các vi khuẩn khác nhau tiết ra để giao tiếp với nhau, cũng như để bảo vệ lãnh thổ của chúng khỏi những người hàng xóm không mong muốn. Có nghĩa là, đối với một số vi khuẩn, những chất này là vô hại, trong khi đối với những người khác, chúng có tính phá hoại. Chất này được sử dụng trong y học để chống lại sự phát triển của các tế bào có thể gây ra một căn bệnh cụ thể ở người.
Nhưng vi khuẩn, giống như tất cả các sinh vật sống, tiến hóa. Trong trường hợp phát triển phản ứng với kháng sinh, chúng tiến triển rất nhanh. Ví dụ, kháng sinh đầu tiên được phát hiện là penicillin. Alexander Fleming đã phát hiện ra điều này vào năm 1928. Nó bắt đầu được sử dụng trong y học vào năm 1942, và đến năm 1945, những trường hợp vi khuẩn kháng thuốc đầu tiên đã được xác định. Đến những năm 1990, penicillin hoàn toàn vô dụng.
Việc tìm kiếm các loại kháng sinh mới đã được tích cực theo đuổi từ sau Chiến tranh thế giới thứ hai cho đến những năm 1980. Nhưng vô ích: phạm vi vi khuẩn có thể được quét trong phòng thí nghiệm để xác định các chất cần thiết là rất hạn chế. Trong số tất cả các vi sinh vật trên hành tinh, 99,9% không phát triển trong môi trường dinh dưỡng nhân tạo. Việc tìm kiếm hợp chất cần thiết trong tự nhiên là gần như không thể.
Trí tuệ nhân tạo đi xuyên suốt cuộc sống
“Chúng tôi muốn phát triển một nền tảng cho phép chúng tôi khai thác sức mạnh của trí tuệ nhân tạo,” ông Collins nói trên trang web của MIT. Một nhóm các nhà khoa học và sinh viên do ông tạo ra đã phát triển một chương trình máy học có thể phân tích cấu trúc phân tử của các hợp chất và chọn ra những phân tử đáp ứng các tiêu chí cần thiết. Trong số đó, ví dụ, khả năng tiêu diệt vi khuẩn E.coli đã được chỉ định. Ý tưởng tạo ra một thuật toán cho trí tuệ nhân tạo không phải là mới, nhưng một nhóm các nhà khoa học từ MIT là những người đầu tiên tạo ra một mô hình với các tiêu chí lựa chọn khá chính xác.
Một tập hợp 2.335 phân tử đã được đề xuất để đào tạo mạng lưới thần kinh, bao gồm khoảng 1.700 loại thuốc được FDA chấp thuận.
Sau đó, các mạng nơ-ron được yêu cầu quét một số thư viện các hợp chất hóa học, trong đó có hơn 107 triệu phân tử, để tìm ra những hợp chất mà theo lý thuyết, có thể đáp ứng các yêu cầu cần thiết. Mạng nơron đã tìm thấy 23 phân tử phù hợp với các thông số đã cho. Trong số này, các nhà khoa học đã chọn ra 9 loại, bao gồm cả Halitsin.
Phương pháp tìm kiếm kháng sinh mới này hiệu quả hơn và rẻ hơn nhiều so với các phương pháp truyền thống được sử dụng cho đến nay trong y học. Giáo sư Regina Barzilai, người cũng tham gia nghiên cứu cho biết: “Một mô hình học máy có thể khám phá số lượng lớn các cấu trúc phân tử, điều này có thể rất tốn kém đối với các phương pháp tiếp cận thực nghiệm truyền thống. các cơ chế trong toàn ngành dược phẩm."
