Trí tuệ nhân tạo có thể giúp mang lại tiềm năng kháng sinh mới

Một mô hình học sâu xác định một phân tử mới mạnh mẽ. Nó có thể tiêu diệt nhiều loài vi khuẩn kháng kháng sinh. Như vậy, trí tuệ nhân tạo cũng mở ra hướng đi mới trong nghiên cứu, phát triển thuốc.

Công nghệ AI hỗ trợ nghiên cứu y khoa

Mô hình máy tính có thể sàng lọc hơn một trăm triệu hợp chất hóa học chỉ trong vài ngày. Do đó, nó được thiết kế để chọn ra các loại kháng sinh tiềm năng tiêu diệt vi khuẩn bằng các cơ chế khác với các loại thuốc hiện có.

“Chúng tôi muốn phát triển một nền tảng cho phép khai thác sức mạnh của trí tuệ nhân tạo để mở ra một thời đại mới của nghiên cứu thuốc kháng sinh”, James Collins, Giáo sư Khoa học và Kỹ thuật Y học của Đại học Khoa học và Khoa học Y tế của MIT nói.

Ứng dụng công nghệ trí tuệ nhân tạo vào nghiên cứu thuốc

Các nhà nghiên cứu cũng xác định một số loại kháng sinh đầy triển vọng khác. Tuy nhiên, các nhà khoa học cần thêm thời gian để thử nghiệm. Họ tin rằng mô hình này cũng có thể được sử dụng để thiết kế các loại thuốc mới.

Mô hình này đã học về cấu trúc hóa học cho phép thuốc tiêu diệt vi khuẩn. Mô hình học máy có thể khám phá không gian hóa học lớn. Nó hứa hẹn thay thế cho các phương pháp thử nghiệm truyền thống.

Xem thêm:

Hoạt động thể chất đa dạng giúp cơ thể bạn minh mẫn hơn

Có thể chữa lành gan nhiễm mỡ bằng ăn nhiều rau hơn

Ứng dụng AI trong tìm ra loại kháng sinh mới

Trong vài thập kỷ qua, rất ít loại kháng sinh mới đã được phát triển. Hầu hết các loại kháng sinh mới đơn giản là các biến thể hơi khác dựa trên các loại thuốc hiện có. Các phương pháp hiện tại để sàng lọc kháng sinh mới thường rất tốn kém. Chúng rất mất thời gian và thường bị giới hạn trong phạm vi hẹp của đa dạng hóa học.

Chúng ta đang phải đối mặt với một cuộc khủng hoảng nghiêm trọng xung quanh tình trạng kháng kháng sinh. Đây cũng là động lực khiến Bộ Y tế nước ta quyết tâm quản lý nhà thuốc bằng phần mềm liên thông.

Học máy giúp sàng lọc, phát hiện những phân tử hữu ích

Ý tưởng sử dụng các mô hình máy tính dự đoán để sàng lọc “trong silico” không phải là mới. Tuy nhiên, các mô hình này không đủ chính xác để chuyển sang nghiên cứu thuốc. Trước đây, các phân tử được biểu diễn dưới dạng vectơ phản ánh sự hiện diện hoặc vắng mặt của các nhóm chất hóa học nhất định.

Giờ đây, các mạng thần kinh mới có thể tự động học các biểu diễn này. Mô hình giúp ánh xạ các phân tử thành các vectơ liên tục. Nhờ đó, việc dự đoán các thuộc tính của các phân tử chính xác và dễ dàng hơn.

Trong trường hợp này, các nhà nghiên cứu đã thiết kế mô hình của họ để tìm kiếm các tính năng hóa học làm cho các phân tử có hiệu quả trong việc tiêu diệt E. coli. Để làm như vậy, họ đã đào tạo mô hình trên khoảng 2.500 phân tử, bao gồm khoảng 1.700 loại thuốc được FDA phê chuẩn và một bộ 800 sản phẩm tự nhiên với cấu trúc đa dạng và một loạt các hoạt động sinh học.

Sau khi mô hình được đào tạo, các nhà nghiên cứu đã tiến hành thử nghiệm mô hình trên Trung tâm tái chế thuốc của Viện Broad. Đây là một thư viện gồm khoảng 6.000 hợp chất. Mô hình đã chọn ra một phân tử được dự đoán là có hoạt tính kháng khuẩn mạnh và có cấu trúc hóa học khác với bất kỳ loại kháng sinh nào hiện có.

Một mô hình học máy khác cũng cho thấy phân tử này có độc tính thấp đối với tế bào người. Phân tử này được các nhà nghiên cứu gọi là halicin.

Thử nghiệm y khoa hiệu quả trong phòng thí nghiệm

Halicin đã từng được nghiên cứu là thuốc trị tiểu đường. Các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm nó với hàng chục chủng vi khuẩn được phân lập từ bệnh nhân. Các vi khuẩn đó tiếp tục được nuôi trong phòng thí nghiệm. Halicin đã thực sự tiêu diệt nhiều loại kháng thuốc, bao gồm Clostridium difficile, Acinetobacter baumannii và Mycobacterium tuberculosis. Thuốc có tác dụng chống lại mọi loài vi khuẩn mà họ đã thử nghiệm, ngoại trừ Pseudomonas aeruginosa. Đây là một mầm bệnh phổi khó điều trị.

  

Sẽ có nhiều loại thuốc điều trị phát hiện bằng phương pháp này

Hiệu quả của halicin đã được thử nghiệm trên trên động vật sống. Nó được dùng để điều trị cho những con chuột bị nhiễm A. baumannii. Chủng A. baumannii này có khả năng kháng tất cả các loại kháng sinh. Thật tuyệt vời là việc sử dụng thuốc mỡ chứa halicin đã loại bỏ hoàn toàn các bệnh nhiễm trùng chỉ trong vòng 24 giờ.

Các nghiên cứu sơ bộ cho thấy rằng halicin giết chết vi khuẩn bằng cách phá vỡ khả năng duy trì độ dốc điện hóa trên màng tế bào của chúng. Độ dốc này là cần thiết để tạo ATP (các phân tử lưu trữ năng lượng của tế bào). Vì vậy nếu độ dốc bị phá vỡ, các tế bào sẽ chết. Các nhà nghiên cứu cho biết loại cơ chế tiêu diệt này có thể gây khó khăn cho vi khuẩn.

Trong nghiên cứu này, E.coli không phát triển bất kỳ sự đề kháng nào với halicin trong thời gian điều trị 30 ngày. Ngược lại, vi khuẩn bắt đầu phát triển đề kháng với ciprofloxacin kháng sinh trong vòng 1-3 ngày. Sau 30 ngày, vi khuẩn đã kháng ciprofloxacin gấp 200 lần so với lúc bắt đầu thí nghiệm.

Các nhà nghiên cứu có kế hoạch theo đuổi các nghiên cứu sâu hơn về halicin. Thậm chí họ sẵn sàng hợp tác với một công ty dược phẩm hoặc tổ chức phi lợi nhuận. Các nhà nghiên cứu cũng hy vọng phát triển nó thành một chủng kháng sinh mới dùng cho người.

Techmoss.net