2020-02-21
أعلن باحثو معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا عن اكتشاف مركب حيوي جديد قادر على قتل مجموعة كبيرة من البكتيريا المسببة للأمراض بما في ذلك بعض السلالات المقاومة لجميع المضادات الحيوية المعروفة، وقال الباحثون إن ذلك المركب «ابتكرته» خوارزمية تعلم آلي تعمل بتقنيات الذكاء الاصطناعي.
وتم تصميم تلك الخوارزمية التي يمكنها فحص أكثر من 100 مليون مركب كيميائي في غضون أيام، لانتقاء المضادات الحيوية المحتملة التي تقتل البكتيريا باستخدام آليات مختلفة عن تلك الموجودة في الأدوية المتداولة.
وفي هذا الصدد قال جيمس كولينز، أستاذ الهندسة الطبية والعلوم في معهد الهندسة والعلوم الطبية بمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، في بيان صحافي تلقت «الرؤية» نسخة منه إن «الفريق البحثي تمكن من تطوير منصة تسمح بتسخير قوة الذكاء الاصطناعي للدخول في عصر جديد من اكتشاف العقاقير التي تستهدف البكتيريا المقاومة للمضادات الحيوية، لقد كشفت مقاربتنا هذا الجزيء المدهش الذي يمكن القول إنه أحد أقوى المضادات الحيوية التي تم اكتشافها في التاريخ».
يذكر أنه على مدى العقود القليلة الماضية، تم تطوير عدد قليل جداً من المضادات الحيوية الجديدة، ومعظم تلك المضادات الحيوية المعتمدة حديثاً لا تختلف كثيراً عن الأدوية القديمة من حيث الفاعلية والكفاءة، وغالباً ما تكون الطرق الحالية لابتكار المضادات الحيوية الجديدة باهظة الكلفة، وتتطلب الكثير من الوقت، وعادة ما تقتصر على طيف ضيق من التنوع الكيميائي.
ويواجه العلماء أزمة متنامية حول مقاومة المضادات الحيوية بسبب زيادة عدد مسببات الأمراض المقاومة للمضادات الحيوية الحالية.
وفي محاولة للعثور على مركبات جديدة تماماً، طور الباحثون في تلك الدراسة نماذج كمبيوتر للتعلم الآلي يمكن تدريبها على تحليل الهياكل الجزيئية للمركبات وربطها بسمات معينة، مثل القدرة على قتل البكتيريا.
وصمم الباحثون نموذجهم للبحث عن السمات الكيميائية التي تجعل الجزيئات فعالة في قتل بكتيريا «إي كولاي»، إذ قاموا بتدريب النموذج على اكتشاف سمات أكثر من 2500 جزيء، بما في ذلك نحو 1700 دواء معتمد من إدارة الأغذية والعقاقير ومجموعة من 800 منتج طبيعي له هياكل متنوعة ومجموعة واسعة من الأنشطة الحيوية.
واختار الذكاء الاصطناعي جزيئاً واحداً من المتوقع أن يكون له نشاط قوي مضاد للجراثيم وله هيكل كيميائي مختلف عن أي مضادات حيوية قائمة باستخدام نموذج مختلف للتعلم الآلي، وأظهر الباحثون أيضاً أن هذا الجزيء من المحتمل أن يكون له سمية منخفضة للخلايا البشرية.
قرر الباحثون تسمية هذا الجزيء «هايسين»، وتم استخدامه سابقاً كدواء محتمل لمرض السكري، إلا أن نموذج الذكاء الاصطناعي وضح إمكانية استخدامه للقضاء على البكتيريا المقاومة للمضادات الحيوية.
وقام الباحثون باختباره ضد العشرات من السلالات البكتيرية المعزولة من المرضى، والتي نمت في أطباق المختبر، ووجدوا أنه كان قادراً على قتل العديد من البكتيريا المقاومة للعلاج، بما في ذلك بكتيريا السل المقاومة للمضادات الحيوية.
وبذلك الاكتشاف، يُمكن أن يساهم الذكاء الاصطناعي في إنقاذ حياة نحو 600 ألف شخص يلقون حتفهم كل عام بسبب إصابتهم ببكتيريا لا يمكن علاجها بالمضادات الحيوية التقليدية.
وتم تصميم تلك الخوارزمية التي يمكنها فحص أكثر من 100 مليون مركب كيميائي في غضون أيام، لانتقاء المضادات الحيوية المحتملة التي تقتل البكتيريا باستخدام آليات مختلفة عن تلك الموجودة في الأدوية المتداولة.
وفي هذا الصدد قال جيمس كولينز، أستاذ الهندسة الطبية والعلوم في معهد الهندسة والعلوم الطبية بمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، في بيان صحافي تلقت «الرؤية» نسخة منه إن «الفريق البحثي تمكن من تطوير منصة تسمح بتسخير قوة الذكاء الاصطناعي للدخول في عصر جديد من اكتشاف العقاقير التي تستهدف البكتيريا المقاومة للمضادات الحيوية، لقد كشفت مقاربتنا هذا الجزيء المدهش الذي يمكن القول إنه أحد أقوى المضادات الحيوية التي تم اكتشافها في التاريخ».
يذكر أنه على مدى العقود القليلة الماضية، تم تطوير عدد قليل جداً من المضادات الحيوية الجديدة، ومعظم تلك المضادات الحيوية المعتمدة حديثاً لا تختلف كثيراً عن الأدوية القديمة من حيث الفاعلية والكفاءة، وغالباً ما تكون الطرق الحالية لابتكار المضادات الحيوية الجديدة باهظة الكلفة، وتتطلب الكثير من الوقت، وعادة ما تقتصر على طيف ضيق من التنوع الكيميائي.
ويواجه العلماء أزمة متنامية حول مقاومة المضادات الحيوية بسبب زيادة عدد مسببات الأمراض المقاومة للمضادات الحيوية الحالية.
وفي محاولة للعثور على مركبات جديدة تماماً، طور الباحثون في تلك الدراسة نماذج كمبيوتر للتعلم الآلي يمكن تدريبها على تحليل الهياكل الجزيئية للمركبات وربطها بسمات معينة، مثل القدرة على قتل البكتيريا.
وصمم الباحثون نموذجهم للبحث عن السمات الكيميائية التي تجعل الجزيئات فعالة في قتل بكتيريا «إي كولاي»، إذ قاموا بتدريب النموذج على اكتشاف سمات أكثر من 2500 جزيء، بما في ذلك نحو 1700 دواء معتمد من إدارة الأغذية والعقاقير ومجموعة من 800 منتج طبيعي له هياكل متنوعة ومجموعة واسعة من الأنشطة الحيوية.
واختار الذكاء الاصطناعي جزيئاً واحداً من المتوقع أن يكون له نشاط قوي مضاد للجراثيم وله هيكل كيميائي مختلف عن أي مضادات حيوية قائمة باستخدام نموذج مختلف للتعلم الآلي، وأظهر الباحثون أيضاً أن هذا الجزيء من المحتمل أن يكون له سمية منخفضة للخلايا البشرية.
قرر الباحثون تسمية هذا الجزيء «هايسين»، وتم استخدامه سابقاً كدواء محتمل لمرض السكري، إلا أن نموذج الذكاء الاصطناعي وضح إمكانية استخدامه للقضاء على البكتيريا المقاومة للمضادات الحيوية.
وقام الباحثون باختباره ضد العشرات من السلالات البكتيرية المعزولة من المرضى، والتي نمت في أطباق المختبر، ووجدوا أنه كان قادراً على قتل العديد من البكتيريا المقاومة للعلاج، بما في ذلك بكتيريا السل المقاومة للمضادات الحيوية.
وبذلك الاكتشاف، يُمكن أن يساهم الذكاء الاصطناعي في إنقاذ حياة نحو 600 ألف شخص يلقون حتفهم كل عام بسبب إصابتهم ببكتيريا لا يمكن علاجها بالمضادات الحيوية التقليدية.