Sử dụng AI, các nhà khoa học phát hiện ra loại kháng sinh mới đầu tiên sau hơn 60 năm

[Nhai kỹ sống chậm]

Một loại kháng sinh mới dành cho vi khuẩn Staphylococcus Aureus (MRSA) kháng thuốc được phát hiện bằng cách sử dụng các mô hình học sâu minh bạch hơn.
Việc sử dụng trí tuệ nhân tạo (AI) đang chứng tỏ là yếu tố thay đổi cuộc chơi trong y học với công nghệ hiện đang giúp các nhà khoa học giải phóng các loại kháng sinh mới đầu tiên sau 60 năm.

Việc phát hiện ra một hợp chất mới có thể tiêu diệt vi khuẩn kháng thuốc giết chết hàng nghìn người trên toàn thế giới mỗi năm có thể là một bước ngoặt trong cuộc chiến chống lại tình trạng kháng thuốc kháng sinh.
James Collins, giáo sư Khoa học và Kỹ thuật Y tế tại Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) và một nhà nghiên cứu cho biết: “Điều quan trọng ở đây là chúng ta có thể thấy những gì các mô hình đang học để đưa ra dự đoán rằng một số phân tử sẽ tạo ra kháng sinh tốt”, các tác giả của nghiên cứu [COLOR=var(--link-style-1-color)]cho biết trong một tuyên bố.[/COLOR]
Kết quả được công bố trên [COLOR=var(--link-style-1-color)]tạp chí Nature[/COLOR] và được đồng tác giả bởi một nhóm gồm 21 nhà nghiên cứu.

Nghiên cứu nhằm mục đích 'mở hộp đen'​

Nhóm đằng sau dự án đã sử dụng mô hình học sâu để dự đoán hoạt động và độc tính của hợp chất mới.
Học sâu liên quan đến việc sử dụng mạng lưới thần kinh nhân tạo để tự động tìm hiểu và biểu diễn các tính năng từ dữ liệu mà không cần lập trình rõ ràng.
Nó ngày càng được áp dụng trong khám phá thuốc để đẩy nhanh việc xác định các loại thuốc tiềm năng, dự đoán tính chất của chúng và tối ưu hóa quá trình phát triển thuốc.
Trong trường hợp này, các nhà nghiên cứu tập trung vào tụ cầu vàng kháng methicillin (MRSA).
Nhiễm trùng MRSA có thể từ nhiễm trùng da nhẹ đến các tình trạng nghiêm trọng hơn và có khả năng đe dọa tính mạng như viêm phổi và nhiễm trùng máu.
Theo Trung tâm Phòng ngừa và Kiểm soát Dịch bệnh Châu Âu (ECDC),[COLOR=var(--link-style-1-color)] gần 150.000 ca nhiễm MRSA xảy ra hàng năm ở Liên minh Châu Âu trong khi gần 35.000 người tử vong hàng năm trong khối này do nhiễm trùng kháng thuốc kháng sinh.[/COLOR]
Nhóm các nhà nghiên cứu của MIT đã đào tạo một mô hình học sâu mở rộng bằng cách sử dụng các bộ dữ liệu mở rộng.
Để tạo dữ liệu huấn luyện, khoảng 39.000 hợp chất đã được đánh giá về hoạt tính kháng sinh chống lại MRSA. Sau đó, cả dữ liệu thu được và thông tin chi tiết về cấu trúc hóa học của các hợp chất đều được đưa vào mô hình.

Phát hiện hợp chất mới​

Để tinh chỉnh việc lựa chọn các loại thuốc tiềm năng, các nhà nghiên cứu đã sử dụng thêm ba mô hình học sâu. Những mô hình này được đào tạo để đánh giá độc tính của các hợp chất trên ba loại tế bào riêng biệt của con người.
Bằng cách tích hợp những dự đoán độc tính này với hoạt tính kháng khuẩn đã được xác định trước đó, các nhà nghiên cứu đã xác định chính xác các hợp chất có khả năng chống lại vi khuẩn một cách hiệu quả với mức độ gây hại tối thiểu cho cơ thể con người.
Sử dụng bộ mô hình này, khoảng 12 triệu hợp chất thương mại đã được sàng lọc.
Các mô hình đã xác định các hợp chất từ năm loại khác nhau, được phân loại dựa trên các cấu trúc hóa học cụ thể bên trong các phân tử, cho thấy hoạt động được dự đoán chống lại MRSA.
Sau đó, các nhà nghiên cứu đã thu được khoảng 280 hợp chất này và tiến hành thử nghiệm chống MRSA trong môi trường phòng thí nghiệm. Cách tiếp cận này giúp họ xác định được hai ứng cử viên kháng sinh đầy triển vọng cùng loại.
Trong các thí nghiệm liên quan đến hai mô hình chuột - một cho nhiễm trùng da MRSA và một cho nhiễm trùng toàn thân MRSA - mỗi hợp chất này đã làm giảm quần thể MRSA xuống 10 lần.