Учёные Массачусетского технологического института (MIT) совместно с командой специалистов в области искусственного интеллекта внедрили инновационный подход к разработке новых антибиотиков, что стало значительным шагом в решении глобальной проблемы роста устойчивости бактерий к существующим препаратам. В рамках этого междисциплинарного проекта был создан и использован уникальный алгоритмический механизм, который за короткие сроки смог не только сгенерировать огромное количество гипотетических соединений, но и провести их первичный анализ на предмет потенциальной эффективности и безопасности. В целом было протестировано свыше 36 миллионов гипотетических молекул, большая часть из которых ранее не встречалась в природе и не присутствовала в известных химических библиотеках. Это свидетельствует о том, что искусственный интеллект способен значительно расширить горизонты поиска новых соединений, которых традиционные методы могли бы не обнаружить за многие годы.
После многоступенчатого отбора и проведения предварительных экспериментов ученым удалось выделить несколько лидирующих кандидатов, обладающих уникальными свойствами. Особое внимание уделялось механизмам действия новых антибиотиков: они не просто подавляют рост бактерий, но и разрушают их клеточные мембраны, что затрудняет развитие механизмов сопротивления. Такой подход повышает вероятность успеха новых препаратов в борьбе с наиболее опасными инфекциями.
Первый этап исследования был направлен на борьбу с гонококком, гонококковой инфекцией Neisseria gonorrhoeae, которая постоянно меняется и приобретает устойчивость к традиционным антибиотикам. Алгоритмы просканировали около 45 миллионов химических фрагментов, из которых выделили миллион потенциально активных и безопасных для человека соединений. Среди них был выбран ключевой фрагмент F1, на базе которого ИИ создал около 7 миллионов новых молекул. В результате удалось синтезировать лишь две из них, одна из которых получила название NG1 и продемонстрировала очень высокие результаты в лабораторных тестах, а также в мышиной модели инфекции. Дополнительные исследования выявили новую мишень – белок LptA, который участвует в формировании внешней мембраны бактерии гонококка. Этот белок может служить перспективной целью для дальнейшей разработки антибиотиков.
Второй этап работы сосредоточился на борьбе с золотистым стафилококком, особенно штаммом MRSA, устойчивым почти ко всему существующему арсеналу антибиотиков. В рамках этого проекта алгоритмическая модель не имела ограничений, кроме базовых правил химии, что позволило генерировать более 29 миллионов новых молекул. Из этой массы ученые выделили 22 наиболее перспективных кандидата, шесть из которых подтвердили свои антибактериальные свойства при лабораторных испытаниях. Наиболее эффективный из них, DN1, смог устранить инфекцию MRSA на коже у мышей, что показывает его потенциал для дальнейшей разработки.
Особенно важна роль ИИ в расширении традиционных рамок поиска. Профессор Джеймс Коллинз, руководитель проекта, подчеркивает, что автоматизация и использование современных алгоритмов позволяют выходить за пределы существующих химических баз и находить новые механизмы воздействия на бактерии, что особенно актуально в условиях ускоряющегося распространения резистентных штаммов. За последние полвека одобрено лишь несколько десятков новых антибиотиков, большинство из которых являются вариациями уже известных соединений. Поэтому новые подходы, такие как внедрение искусственного интеллекта, могут радикально изменить ситуацию, предложив принципиально новые классы препаратов.
Сейчас некоммерческая организация Phare Bio совместно с MIT продолжает работу над дальнейшей модификацией полученных кандидатов NG1 и DN1 для проведения доклинических испытаний. Их задача — адаптировать молекулы так, чтобы повысить их эффективность, безопасность и устойчивость к метаболическому разрушению. В будущем ученые планируют расширить применение разработанной платформы для поиска антибиотиков против других опасных патогенов, таких как возбудители туберкулёза и синегнойной инфекции. Это перспективное направление открывает новые горизонты в борьбе с устойчивыми инфекциями и может значительно снизить смертность во всём мире, которая по оценкам превышает 5 миллионов ежегодно. Внедрение искусственного интеллекта в фармацевтическую индустрию обещает революцию в подходах к созданию новых лекарственных средств, делая их более быстрыми, точными и эффективными.
