Sztuczna inteligencja znalazła nowy antybiotyk na rzeżączkę. Przetestowano go na „pochwie na chipie”

„Istnieje pilna potrzeba zmierzenia się z opornością na antybiotyki w rzeżączce, a odkrywanie nowych antybiotyków to jedna z kluczowych strategii” — mówi dr Jeffrey Klausner z University of Southern California. Z pomocą sztucznej inteligencji naukowcy znaleźli właśnie obiecującego kandydata i sprawdzili go na nietypowym modelu: „pochwie na chipie”.

Bakteria, która ucieka lekom

→ Czytaj też: Największy otwarty model AI ma 2,8 biliona parametrów. Chiny rzucają wyzwanie USA

Rzeżączkę wywołuje bakteria Neisseria gonorrhoeae. Co roku w samych Stanach Zjednoczonych zakaża się ponad pół miliona osób. Choroba powoduje ból i wydzielinę, a nieleczona może prowadzić do bezpłodności, poronień czy ślepoty u noworodków.

Problem w tym, że bakteria zbiera mutacje odporne na kolejne leki. Standardem pozostaje ceftriakson, ale oporność na niego rośnie globalnie. W USA dotyczy na razie 0,1 proc. przypadków. W niektórych prowincjach Chin sięga 10 proc., a w Hanoi w Wietnamie aż 27 proc.

Sześć milionów związków pod lupą algorytmu

→ Czytaj też: AI rozszyfrowała śpiew ptaków. Co mówią nam od lat?

Klasyczne poszukiwanie nowych antybiotyków polega na przesiewaniu ogromnych bibliotek związków chemicznych. To powolne i nie nadąża za tempem pojawiania się opornych szczepów. Dlatego zespół opisany w badaniu opublikowanym w Science Translational Medicine sięgnął po sztuczną inteligencję.

Modele wytrenowano na 1755 zatwierdzonych klinicznie lekach — uczyły się rozpoznawać, które właściwości chemiczne wiążą się ze zwalczaniem rzeżączki. Następnie algorytm przeczesał około 6 milionów związków i wskazał 213 możliwych trafień.

Listę skracano krok po kroku. Najpierw odrzucono związki zbyt podobne do istniejących leków, które mogłyby nie poradzić sobie z opornymi szczepami. Potem w eksperymentach laboratoryjnych usunięto te zbyt słabe albo nazbyt toksyczne dla ludzkich komórek. Tak wyłonił się związek nazwany MP20.

Dlaczego nie mysz, tylko chip

Testowanie nowego leku na myszach okazało się trudne. Jak tłumaczy współautorka pracy, dr Melis Anahtar z Massachusetts General Hospital, bakteria jest tak przystosowana do ludzi, że trudno wywołać u gryzoni zakażenie.

„W USA istnieje silny nacisk, zwłaszcza ze strony administracji, by odchodzić od zwierząt i częściej korzystać z systemów naśladujących ludzkie narządy” — zaznacza Anahtar.

Model „pochwy na chipie” to niewielkie urządzenie z warstwą komórek imitującą wyściółkę pochwy oraz warstwą fibroblastów z głębszych tkanek. Łączy je kanał z płynem odżywczym, naśladujący krwiobieg. Bakterie dodano do pierwszej warstwy, a MP20 podano przez kanał — tak, jak działałby lek krążący w organizmie.

Efekt? Związek przeniknął przez bariery nabłonkowe i zgromadził się w stężeniu wystarczającym, by zabić bakterie. „Działał tak samo dobrze jak istniejący lek ceftriakson” — relacjonuje Anahtar. Po obu terapiach nie wykryto żadnych bakterii.

Daleka droga do pacjenta

Do kliniki jeszcze daleko. Trzeba wykazać, że związek jest bezpieczny i nie uszkadza wątroby ani nerek. Klausner przypomina też, że skuteczność antybiotyku zależy od miejsca zakażenia — badacze muszą sprawdzić, czy MP20 dotrze do penisa, odbytu, gardła i pochwy.

Anahtar uważa, że AI odegra kluczową rolę w polowaniu na nowe leki, zwłaszcza że dostępna pula związków eksplodowała. W 2012 roku można było kupić około miliona substancji. Dziś — ponad 70 miliardów.