Khám phá kháng sinh mới đầu tiên trong hơn 60 năm nhờ AI

Kháng sinh mới có khả năng đối phó với vi khuẩn Staphylococcus Aureus (MRSA) đã được phát triển dựa trên công nghệ AI.

Trí tuệ nhân tạo (AI) đang làm thay đổi diện mạo y học. Công nghệ này đã hỗ trợ các nhà khoa học trong việc phát hiện loại kháng sinh mới đầu tiên trong hơn 60 năm.

Theo Euronews, việc phát hiện một hợp chất mới có thể loại bỏ vi khuẩn kháng thuốc, gây tử vong cho hàng ngàn người hàng năm, đánh dấu một bước tiến mới trong việc chống lại kháng thuốc.

Ông James Collins, Giáo sư Y tế và Kỹ thuật Y tế tại MIT, nói: “Quan trọng là chúng ta đã hiểu được mô hình dự đoán về các phân tử tạo ra kháng sinh tốt. Chúng tôi đã tiết kiệm thời gian và tài nguyên, hiểu biết sâu hơn về cơ chế hoạt động, cấu trúc hóa học, theo cách chúng tôi chưa từng thực hiện trước đây'.

Kết quả nghiên cứu này được công bố trên tạp chí Nature và là thành tựu của một nhóm 21 nhà nghiên cứu.

Nhóm nghiên cứu đã áp dụng mô hình học sâu để dự đoán tính chất và độc tính của hợp chất mới.

Học sâu sử dụng mạng thần kinh nhân tạo để tự động học và phân tích thông tin từ dữ liệu mà không cần phải lập trình cụ thể.

Công nghệ này đang được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực phát triển thuốc để nhanh chóng xác định và tối ưu hóa quá trình nghiên cứu loại thuốc mới.

Trong nghiên cứu này, đặc biệt chú trọng vào việc khắc phục kháng thuốc của vi khuẩn MRSA.

Bệnh nhiễm MRSA có thể gây ra nhiều vấn đề từ nhiễm trùng da đến những tình trạng nguy hiểm như viêm phổi và nhiễm trùng máu.

Theo thông tin từ Trung tâm Phòng ngừa và Kiểm soát Dịch bệnh châu Âu (ECDC), mỗi năm, khu vực Liên minh châu Âu ghi nhận khoảng 150.000 trường hợp nhiễm MRSA và gần 35.000 ca tử vong do nhiễm vi khuẩn kháng thuốc.

Tại MIT, nhóm nghiên cứu đã phát triển một mô hình học sâu tiên tiến bằng cách sử dụng các dữ liệu mở lớn.

Để xây dựng dữ liệu huấn luyện, khoảng 39.000 hợp chất đã được đánh giá về khả năng kháng sinh chống lại vi khuẩn MRSA. Dữ liệu và thông tin chi tiết về cấu trúc hóa học của những hợp chất này đã được đưa vào mô hình.

Để tối ưu việc chọn lọc các loại thuốc tiềm năng, các nhà nghiên cứu đã tích hợp ba mô hình học sâu khác. Những mô hình này được huấn luyện để đánh giá độc tính của các hợp chất trên ba loại tế bào con người khác nhau.

Kết hợp dự đoán về độc tính này với hoạt tính kháng khuẩn đã biết, nhóm nghiên cứu đã chính xác định các hợp chất có khả năng tiêu diệt vi khuẩn MRSA một cách hiệu quả và an toàn cho người sử dụng.

Sử dụng mô hình này, hơn 12 triệu hợp chất đã được sàng lọc. Các mô hình đã phân loại các hợp chất từ năm danh mục khác nhau dựa trên cấu trúc hóa học, chỉ ra khả năng chống lại vi khuẩn MRSA của chúng.

Sau đó, nhóm nghiên cứu đã thu được 280 hợp chất và tiến hành thử nghiệm chống lại MRSA trong môi trường thí nghiệm. Kết quả giúp họ nhận diện được hai hợp chất kháng sinh tiềm năng.

Trong các thí nghiệm với hai mô hình chuột khác nhau, mỗi hợp chất đã giảm lượng vi khuẩn MRSA xuống 10 lần so với trước.