盘尼西林是医学史上最伟大的发现之一这是偶然的产物.

1928年9月从暑假回来后,细菌学家亚历山大·弗莱明(Alexander Fleming)发现他留在伦敦实验室的一个细菌群已经长出了一种真菌。奇怪的是,无论细菌在哪里接触到真菌,它们的细胞壁都会破裂并死亡。弗莱明猜测这种真菌分泌了一些对细菌致命的东西,其余的都成了历史。

20世纪40年代,弗莱明发现了青霉素,并将其分离、合成和规模化,在接下来的几十年里,大量抗生素被发现。细菌和真菌一直在进行一场古老的战争,它们进化出的武器最终成为人类抵御细菌感染和疾病的最佳武器。

然而,近几十年来,新抗生素的泛滥已经放缓到涓涓细流。

它们的发展对制药公司来说是不经济的,低悬的果实早就摘下来了。我们现在正面临着对一种或多种抗生素具有耐药性的超级细菌菌株的出现,以及对付它们的老化军火库。据估计,到2050年,全世界因耐药性而死亡的人数可能会上升到1000万。

越来越多的科学家警告说,潮流正在改变,我们需要一种新的策略来跟上细菌进化的惊人的快速和无限的创造性策略。

但是,抗生素的黄金时代是由意外发现、人类智能和天然分子武器引发的,它的续集可能依赖于人工智能的神秘眼睛筛选数百万种化合物甚至设计新的青霉素来寻找下一种青霉素。

哈尔发现了一种强大的抗生素

在里面论文本周在《华尔街日报》上发表,单间牢房麻省理工学院的研究人员朝这个方向迈出了一步。研究小组说发现机器学习算法一种强有力的新抗生素。

以年的人工智能命名《2001太空漫游抗生素halicin成功消灭了数十种细菌菌株,包括世界卫生组织(World Health Organization)通缉名单上一些最危险的耐药细菌。在长达一个月的实验中,大肠杆菌也未能产生对halicin的耐药性,这与现有的抗生素环丙沙星形成了鲜明对比。

“就抗生素的发现而言,这绝对是第一次,”该研究的资深作者、麻省理工学院计算机科学教授Regina Barzilay说,告诉《卫报》.

发现halicin的算法是根据2500种化合物的分子特征进行训练的。近一半是fda批准的药物,另外800种是自然产生的。研究人员专门调整了算法,以寻找具有抗生素特性但结构与现有抗生素不同的分子(如halicin)。他们使用另一个机器学习程序,筛选那些可能对人类安全的结果。

早期研究表明,卤素会攻击细菌的细胞膜,破坏它们产生能量的能力。保护细胞膜免受卤素的侵害可能需要不止一个或两个基因突变,这可以解释卤素具有令人印象深刻的抗药性。

麻省理工学院生物工程教授、资深作者詹姆斯·柯林斯告诉记者:“我认为这是迄今为止发现的最有效的抗生素之一。”《卫报》. “它对多种抗生素耐药病原体具有显著的活性。”

除了在培养皿细菌菌落上的测试,研究小组还在老鼠身上测试了halicin。这种抗生素在一天内清除了一种对所有已知抗生素都具有耐药性的细菌菌株的感染。该团队计划与一家制药公司或非营利组织合作进行进一步的研究,他们希望最终证明它对人体的安全性和有效性。

考虑到新药获得批准的成本,最后一步仍然是最棘手的一步。但柯林斯希望像他们这样的算法能有所帮助。“我们可以大大降低通过临床试验所需的成本,”他告诉金融时报》.

一个充满毒品的宇宙在等待着你

更大的问题可能是接下来会发生什么。

有多少新抗生素有待发现,人工智能筛查能带我们走多远?Barzilay和Collins团队扫描的最初6000个化合物只是杯水车薪。

他们已经开始更深入地挖掘,将算法从一个名为ZINC15数据库的15亿化合物在线库中释放出1亿个分子。第一次搜索花了三天时间,又发现了23种候选抗生素,它们与哈利辛一样,在结构上与现有抗生素不同,可能对人类安全。研究小组将进一步研究的其中两个似乎特别强大。

更雄心勃勃的是,Barzilay希望这种方法能够找到甚至设计出新的抗生素,既能迅速杀死坏细菌,又能保护好人。通过这种方式,一轮抗生素可以治愈任何你的疾病,而不需要在这个过程中去除你整个肠道的微生物群。

所有这些都是在漫长而昂贵的药物研发过程中使用机器学习算法这一更大运动的一部分。该领域的其他参与者也在训练人工智能研究类药物化合物的巨大可能性空间。去年秋天,该领域的领导者之一insilicon受到了一个合作伙伴的挑战,看他们的方法能多快完成这项工作。该公司制造了一种新的概念验证仅46天内就有一名候选者.

然而,该领域仍在发展,这些方法在实践中究竟有多大价值还有待观察。尽管如此,Barzilay还是很乐观。

“机器学习工具是否真的在医疗保健领域发挥了智能作用,以及我们如何将其发展成为制药行业的主力军,这仍然是一个问题,”她说。“这表明您可以在多大程度上调整此工具。”

图片来源:Halicin(上排)阻止了大肠杆菌产生耐药性,而环丙沙星(下排)则没有。麻省理工学院柯林斯实验室