În condițiile creșterii cererii de antibiotice noi, mai eficiente la oameni, cercetătorii de la Universitatea din Austin, Texas, Statele Unite ale Americii s-au folosit de inteligența artificială (AI) pentru a dezvolta un medicament nou, care deja arată rezultate promițătoare la evaluările efectuate pe animale. Rezultatele studiului au fost publicate în revista Nature Biomedical Engineering.
Cercetătorii au utilizat un model lingvistic extins, similar cu uneltele de inteligență artificială din spatele ChatGPT, pentru a proiecta o versiune netoxică pentru oameni a unui medicament ce omoară bacteriile. Astfel, medicamentul respectiv poate fi acum folosit în siguranță la om.
Evoluția pacienților cu infecții bacteriene periculoase s-a înrăutățit în ultimii ani, pe măsură ce tulpinile de bacterii rezistente la antibiotice s-au răspândit, iar dezvoltarea unor noi opțiuni de tratament a fost blocată. Totuși, cercetătorii americani cred că uneltele de inteligență artificială pot schimba regulile jocului.
„Am descoperit că modelele lingvistice extinse reprezintă un pas înainte major pentru aplicațiile de învățare automată (machine learning) utilizate în proiectarea proteinelor și peptidelor”, spune Claus Wilke, profesor de biologie integrativă și statistică și coautor al studiului.
Modelele lingvistice extinse (LLM) au fost inițial introduse pentru a genera și explora secvențe de text, însă oamenii de știință descoperă metode creative de a aplica aceste modele și în alte domenii. De exemplu, așa cum propozițiile sunt alcătuite dintr-o succesiune de cuvinte, la fel și proteinele sunt alcătuite dintr-o succesiune de aminoacizi. LLM grupează cuvinte care au atribute comune (cum sunt câine, pisică și hamster) în ceea ce este cunoscut sub denumirea de „spațiu de încorporare” (embedding space) cu mii de dimensiuni.
În mod asemănător, proteinele ce îndeplinesc funcții similare, cum este abilitatea de a lupta împotriva bacteriilor periculoase fără a afecta organismul uman, pot fi grupate în propriul lor spațiu virtual (AI). Spațiul ce înglobează toate moleculele este enorm, iar învățarea automată permite cercetătorilor să găsească rapid zonele cu proprietățile chimice dorite.
Antibiotice noi, evaluate prin machine learning
În cadrul studiului, oamenii de știință au utilizat AI pentru a descoperi modalități de a reproiecta un antibiotic existent, denumit protegrina-1, care este eficient la uciderea bacteriilor, dar este toxic pentru om. Protegrina-1, care este produsă în mod natural de către porc pentru a combate infecțiile, face parte dintr-un subtip de antibiotice denumit peptide antimicrobiene (AMP). Acestea omoară bacteriile prin distrugerea membranei lor celulare, însă multe acționează și asupra membranei celulelor umane.
Mai întâi, cercetătorii au creat peste 7.000 de variante de protegrină-1 și au identificat zonele din aceasta ce pot fi modificate fără pierderea proprietăților antibiotice. Apoi au instruit un LLM astfel încât să evalueze milioane de posibile variații ale trei caracteristici: țintirea selectivă a membranei bacteriene, potențialul de a ucide bacteria și capacitatea de a nu afecta globulele roșii umane. Modelul a ajutat la proiectarea unei variante mai eficiente de protegrină-1, care a fost denumită protegrină bacteriană selectivă-1.2 (bsPG-1.2).
Șoarecii infectați cu bacterii rezistente la antibiotice și tratați cu bsPG-1.2 prezentau o probabilitate mult mai redusă de a avea bacterii în organism la șase ore după infecție, comparativ cu șoarecii netratați. Dacă testele ulterioare oferă rezultate la fel de bune, cercetătorii speră să poată introduce medicamentul dezvoltat cu ajutorul AI în evaluările clinice la oameni.
Studiul evidențiază modul în care cercetările științifice promovează inteligența artificială pentru a satisface nevoile societății.
Sursa: Medical Express