人工智能助力寻找超级细菌的抗生素

这也是人类史上第一次在未使用任何预先人为设定下,仅仅使用AI 就发现新抗生素的创举

AI 用在医疗上的强大潜能又添一例,美国麻省理工学院的科学家成功用类神经网络训练出模型,并从1.07 亿种分子结构资料库中顺利找出一种可以杀死多种具抗药性,被视为最危险的细菌菌株。这也是人类史上第一次在未使用任何预先人为设定下,仅仅使用AI 就发现的新 抗生素 创举。

 Halicin可以阻止抗生素耐药性的发展(上排),而环丙沙星则不会(下排)
Halicin可以阻止抗生素耐药性的发展(上排),而环丙沙星则不会(下排). Courtesy of the Collins Lab at MIT

该研究目前已被收入在权威医学期刊《Cell》里,由麻省理工合成药物研究员Jim Collins所领导的研究团队所进行,他们把这种新抗生素命名为「Halicin」,并在人为实验环境以及白老鼠实验中能成功杀死鲍氏不动杆菌、大肠杆菌等两种被WHO列为全球抗药性优先病原体清单的菌株。

合著作者麻省理工机器学习研究员Regina Barzilay 说明,他们使用了约2500 种药物、天然化合物的原子和分子特征以及其抗大肠杆菌的能力等资料训练出AI 模型,然后再从ZINC15 资料库的1.07亿个分子结构中,筛出可能具抗大肠杆菌的能力23 组候选名单;再经过物理测试后,确定其中8 个具有抗菌能力,其中2 个还能对杀死多种病原体;而当中杀菌能力最强的,就是被研究团队挑出的「Halicin」了。

研究团队还说,「Halicin」这个名字是为了纪念经典科幻电影《2001:太空漫游》里的超级智慧电脑「HAL」。Regina Barzilay 也表示,由于他们的算法无需对原有药物的工作原理、化学结构进行任何标记就可以预测分子功能,因此也具有从头开始设计分子的潜力。不过Halicin 还没有经过人体实验,看来人类要使用到这种超级抗生素还有一段时间。

参考:Stokes, Jonathan M., et al. “A Deep Learning Approach to Antibiotic Discovery.” Cell 180.4 (2020): 688-702. DOI:https://doi.org/10.1016/j.cell.2020.01.021

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