Учёные Массачусетского технологического института (MIT) с помощью искусственного интеллекта разработали два новых класса антибиотиков, которые эффективно действуют против устойчивых к лечению бактерий гонококковой инфекции (Neisseria gonorrhoeae) и золотистого стафилококка (Staphylococcus aureus, MRSA). Эти возбудители вызывают тяжёлые инфекции, всё чаще не поддающиеся существующей терапии, а ежегодное число смертей от устойчивых бактерий в мире оценивается почти в 5 миллионов.
Для поиска новых молекул команда использовала алгоритмы, которые сгенерировали и оценили свыше 36 миллионов гипотетических соединений. Большинство из них никогда не существовали в природе и не встречаются в известных химических библиотеках. После многоступенчатого отбора и экспериментов удалось выделить несколько кандидатов, не похожих на уже известные антибиотики и обладающих принципиально иными механизмами действия — они разрушают клеточные мембраны бактерий.
В первой серии опытов исследователи сосредоточились на гонококке. Алгоритмы перебрали около 45 миллионов химических фрагментов и отобрали из них миллион потенциально активных и безопасных для клеток человека. Из этого массива был выделен ключевой фрагмент F1, на основе которого ИИ создал около 7 миллионов новых молекул. После вычислительного отбора лишь две из них удалось синтезировать. Одна из них, получившая название NG1, показала высокую эффективность в уничтожении гонококков как в лабораторных тестах, так и в модели лекарственно-устойчивой инфекции у мышей. Дополнительные анализы выявили новый белок-мишень LptA, участвующий в формировании внешней мембраны бактерии.
Иллюстрация: Sora
Во втором направлении работы алгоритмам не задавали никаких ограничений, кроме общих правил химии, и они сгенерировали более 29 миллионов молекул, ориентированных против золотистого стафилококка. Из отобранных кандидатов удалось синтезировать 22, шесть из них показали сильное антибактериальное действие в лаборатории. Наиболее результативный препарат, DN1, смог устранить инфекцию MRSA на коже у мышей.
По словам профессора Джеймса Коллинза, руководителя проекта, ИИ позволяет выходить за пределы традиционных химических баз и находить принципиально новые механизмы борьбы с бактериями. Это особенно важно, поскольку за последние полвека лишь несколько десятков антибиотиков получили одобрение FDA, и почти все они являются лишь вариациями уже существующих.
Сейчас некоммерческая организация Phare Bio совместно с MIT работает над модификацией NG1 и DN1 для дальнейших доклинических испытаний. Учёные планируют использовать ту же платформу для поиска антибиотиков против других опасных патогенов, включая возбудителей туберкулёза и синегнойной инфекции.