Штучний інтелект на захисті здоров'я

Антибіотикорезистентність – це величезна небезпека для людства. Її можна поставити в один ряд з тероризмом, постійною зміною клімату та обмеженістю світових запасів корисних копалин. Антибіотикорезистентністю називають феномен, при якому бактерії, віруси, паразити та інші збудники хвороб отримують стійкість до наявних антибіотиків.

ВООЗ навіть створила список вкрай небезпечних бактерій на основі даних про рівень стійкості до препаратів, загальносвітових показників смертності, навантажень на систему медицини та ступінь заразності. До нього увійшло 12 супербактерій:

• акінетобактерія Баумана (менінгіт, сепсис, пневмонії, гнійні інфекції);
• синьогнійна паличка (викликає гнійно-запальні процеси під шкірою, в кістках, очах, сечових шляхах);
• ентеробактерії, зокрема кишкова паличка, протеус, клебсієла (цистити, пневмонії, пієлонефрити, простатити);
• ентерокок феціум (бактеріальний перитоніт);
• золотистий стафілокок (шкірні захворювання, остеомієліт);
• хелікобактер пілорі (гастрити, виразки);
• кампілобактери (діарея, розлади шлунково-кишкового тракту);
• сальмонели (черевний тиф, сальмонельози);
• гонококи (пошкодження слизових оболонок);
• пневмококи (синусити, отити);
• гемофільні палички (інвазивні хвороби);
• шигели (дизентерія).

Уже сьогодні захворювання, викликані будь-яким збудником зі списку, погано піддаються лікуванню через резистентність до протимікробних препаратів, яка стрімко зростає. 

Перший справжній антибіотик був винайдений в 1928 році Александром Флемінгом. У своїй лабораторії він випадково виявив цвіль, яка заважала бактеріям розмножуватися у сприятливому для них середовищі. Так з'явився пеніцилін. Згодом силами вчених з'явилися й інші антибіотики: тетрацикліни, фторхінолони, левоміцетини, макроліди тощо. Все розмаїття видів за методом впливу на бактеріальну клітину можна розділити на дві великі групи:

• бактеріостатичні (заважають розмноженню бактерій);
• бактерицидні (вбивають бактерії).

На сьогодні відомих препаратів недостатньо. Збудники хвороб розвинули резистентність до більшості з них, ефективність лікування стрімко падає. Розробка нових антибіотиків – дуже витратна справа. Від пошуку потенційно дієвих з'єднань до тестування та впровадження проходить тривалий термін, який супроводжується витратами на мільйони доларів. Так що ж робити?

Вчені з Массачусетського технологічного інституту (Massachusetts Institute of Technology, MIT) розробили алгоритм, який перевіряє сотні тисяч потенційних хімічних сполук, шукаючи нові засоби боротьби з бактеріями. Штучний інтелект проаналізував величезний цифровий архів (> 100 млн з'єднань) і знайшов молекулу, яка може стати новою антибіотичною «зброєю» проти супербактерій.

Вчені назвали молекулу «halicin», зробивши відсилання до системи штучного інтелекту Hal з культового фільму Кубрика «2001: Космічна одіссея».

Halicin вже був протестований на мишах. Він продемонстрував дивовижні результати. Halicin виявився надзвичайно ефективним проти:

• туберкульозу (викликається паличками Коха);
• стійких ентеробактерій (сальмонели, чумної палички, кишкової палички);
• клостридій, зокрема Clostridioides difficile, та інших небезпечних збудників.

За словами Джеймса Коллінза (професора MIT), халіцин може стати найпотужнішим антибіотиком з усіх раніше знайдених.

Унікальність халіцину полягає в його несхожості на інші антибіотики. У молекули абсолютно нетипова структура. Настільки нетипова, що люди, які займаються пошуком потенційних ліків, навряд чи звернули б на нього увагу. Як показує практика, штучний інтелект – один з кращих союзників сучасних медиків і вчених.

Команда дослідників вирішила не зупинятися на досягнутому. Після успіху халіціну вона взялася за подальший пошук ліків. Алгоритм знову перевірив базу даних і знайшов ще 23 претенденти за 3 дні. Виявлені з'єднання за своєю структурою не схожі ні на один відомий антибіотик, крім того, вони абсолютно нетоксичні для клітин людського організму. Подальші випробування показали, що мінімум 8 молекул з 23 мають антибактеріальні властивості.

Ці відкриття стали своєрідною революцією, яка знаменує новий етап у сфері розробки сучасних лікарських засобів. Заручившись підтримкою штучного інтелекту, за найкоротші терміни вдасться протестувати трильйони різних з'єднань, спростивши роботу вченим. Складно навіть уявити, скільки років досліджень вийде заощадити завдяки цьому алгоритму.