GMTC全球大前端技术大会聚焦前端、移动、AI应用等领域15个热门专题方向,购票立减¥960 了解详情
写点什么

AI 发现超级抗生素,可杀死多种致病细菌,对人体细胞毒性低

2020 年 2 月 21 日

AI发现超级抗生素,可杀死多种致病细菌,对人体细胞毒性低

近日,由麻省理工学院合成生物专家吉姆·柯林斯(Jim Collins)领导的研究团队发现了一种开创性的机器学习方法,该方法首次在没有使用人类任何先前假设的情况下,短短几天从超过 1 亿个分子的库中筛选出强大的新型抗生素。目前,该成果已经登上全球自然科学研究领域最著名期刊之一《细胞(Cell)》2 月 20 日的封面。


AI 发现超级抗生素,可杀死多种致病细菌

根据 MIT 的最新消息,麻省理工学院合成生物专家吉姆·柯林斯(Jim Collins)领导的研究团队研发出了一种开创性的机器学习方法。


该方法可以在没有使用人类任何假设的情况下,短短几天从超过 1 亿个分子的库中筛选出强大的新型抗生素。其中一种抗生素可杀死多种世界上最麻烦的致病细菌,包括结核病和被认为无法治愈的菌株,该方法还可用于治疗癌症、神经衰退性疾病等其他类型的药物。



在实验中,专家们让模型预测哪种分子能有效抑制大肠杆菌,并仅展示看起来与常规抗生素不同的分子。从产生的结果中,研究人员选择了大约 100 个进行物理测试的候选分子。通过这种方法,研究人员找到了一种正在研究用于糖尿病治疗的分子,已经被证明是一种有效的抗生素。


此外,该分子对多种病原体显示出抑制生长的特性,包括艰难梭菌菌株、鲍曼不动杆菌和结核分枝杆菌。其中,世界卫生组织已将鲍曼不动杆菌定为最需要优先处理新抗生素的病原体之一。


这项研究的合著者、麻省理工学院 AI 研究人员瑞吉娜·巴尔齐莱(Regina Barzilay)表示,该算法无需对药物的工作原理和化学基团进行任何标记,就可以预测分子功能。“因此,该模型可以学习人类专家未知的新模式。”


论文地址:


https://www.cell.com/action/showPdf?pii=S0092-8674(20)30102-1


研发团队:对人体细胞毒性低

这个可以在短短几天内筛选出一亿多种化学化合物的计算机模型,其设计目的是通过使用与现有药物不同的机制,来筛选出可以杀死细菌的潜在抗生素。


“我们希望开发一个平台,使我们能够利用人工智能的力量来开创抗生素药物发现的新时代,”麻省理工学院医学工程与科学研究所(IMES)&生物工程系 Termeer 医学工程教授 James Collins 说道。“我们的方法揭示了这种让人震惊的分子,可以说它甚至是现已发现的、最强大的抗生素之一。”


吉姆·柯林斯称:“我们正面临着越来越多抗生素耐药性的危机,这种情况的产生是由于越来越多的病原体对现有抗生素产生了耐药性。”因此,寻找全新的化合物成了当务之急。



机器学习发现抗生素


在实验中,研究人员设计了他们的模型,以寻找能够使分子有效杀死大肠杆菌的化学特征。为此,他们在大约 2500 个分子上训练了该模型,其中包括大约 1700 种 FDA 批准的药物以及 800 种具有不同结构和不同生物活性的天然产物。


对该模型进行训练后,研究人员在 Broad Institute 的 Drug Repurposed Hub(约 6000 种用于人类疾病研究的分子库)中对模型进行了测试。该模型选出了一种分子,该分子被认为具有很强的抗菌活性,并且化学结构不同于任何现有的抗生素。通过使用不同的机器学习模型,研究人员还发现该分子可能对人体细胞毒性低。


从产生的结果中,研究人员选择了大约 100 个进行物理测试的候选分子。参考《 2001 年:太空漫游》中虚构的人工智能系统后,研究人员决定将该分子称为 halicin。此前,该分子被认为可以治疗糖尿病,后被证明是一种有效的抗生素。



最初模型训练时的 Halicin 发现


研究人员对数十种从患者身上分离出来的、并在实验室培养皿中培养的细菌菌株进行了测试,发现该细菌能够杀死许多对治疗有抵抗力的细菌,包括艰难梭菌、鲍曼不动杆菌和结核分枝杆菌。除了铜绿假单胞菌(一种难以治疗的肺病原体)外,该药物对他们测试的每个菌株均有效。



Halicin 是一种广谱杀菌抗生素


为了测试盐蛋白在活体动物中的功效,研究人员将其用于治疗感染鲍曼不动杆菌的小鼠,鲍曼不动杆菌是一种细菌,已经感染了驻扎在伊拉克和阿富汗的许多美国士兵。他们使用的鲍曼不动杆菌菌株对所有已知的抗生素都有抗药性,但是使用含盐蛋白的药膏可在 24 小时内完全清除感染。


初步研究表明,halicin 通过破坏细菌在细胞膜上维持电化学梯度的能力来杀死细菌。除其他功能外,此梯度对于产生 ATP(细胞用来存储能量的分子)是必不可少的,因此,如果梯度破裂,细胞将死亡。研究人员称,这种杀伤机制可能会使细菌难以产生抗药性。



Halicin 在小鼠感染模型上显示有效


研究人员在研究中发现,在 30 天的治疗期内,大肠杆菌对 halicin 没有产生任何抗性。将 halicin 与常规抗生素环丙沙星作比较就会发现,细菌在一到三天内开始对抗生素环丙沙星产生抗药性,并且在 30 天后,细菌对环丙沙星的抗药性是实验开始时的 200 倍。研究人员计划与制药公司或非营利组织合作,进一步研究 halicin,希望未来将 halicin 的开发用于人类。


AI 对药物研发的重要意义

MIT 的这项最新研究既提高了化合物鉴定的准确性,又降低了筛选工作成本,因此得到了业内很多专家的高度评价。以色列理工学院的生物学和计算机科学教授罗伊·基肖尼(Roy Kishony)表示:这项开创性的研究,标志着抗生素发现乃至更普遍的药物发现发生了范式转变。匹兹堡卡内基梅隆大学的计算生物学家鲍勃·墨菲(Bob Murphy)认为:这项研究为使用计算方法发现和预测潜在药物特性增添了一个很好的例子。


经过几年的快速发展,AI 在医疗领域的落地应用已经初具规模,尽管在一些细分方向上的发展还谈不上“爆发”,但至少达到了一定量级,在医疗影像系统、辅助诊疗等领域已经开始了规模化部署。在这场突如其来的疫情中,我们也已经看到了 AI 技术在药物研发、远程医疗、药物筛选等方面的成果。很明显,技术与人的相辅相成,已经渐渐显露出优势。


参考链接:


https://www.cell.com/action/showPdf?pii=S0092-8674(20)30102-1


http://news.mit.edu/2020/artificial-intelligence-identifies-new-antibiotic-0220


https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(20)30102-1


2020 年 2 月 21 日 13:222195

评论

发布
暂无评论
发现更多内容

用 WebRTC 打造一个音乐教育 App,要解决哪些音质难题?

阿里云视频云

WebRTC 在线教育 RTC 音视频算法 音视频开发

美女师姐说给你听!我成为蚂蚁安全工程师的初体验

DT极客

即将爆火的Java突击手册,全面详细对标P7岗,github已标星81.6k

周老师

Java 编程 程序员 架构 面试

“数字云南”建设成效逐渐显现 区块链财政电子票据带来民生与环保效益

CECBC区块链专委会

区块链

技术杂谈 | Flutter 的性能分析、工程架构与细节处理

有道技术团队

flutter

量化策略软件搭建,马丁策略交易软件开发

13823153121

腾讯高工保姆级“Java成长手册”,层层递进,全是精华

周老师

Java 编程 程序员 架构 面试

区块链技术或加速企业“碳中和”战略落地

CECBC区块链专委会

区块

网络连接总超时?从四层模型上解析网络是怎么连接的

京东科技开发者

计算机网络 服务器 域名

自媒体平台数据统计分析爬虫之【趣头条】模拟登陆分析详解及数据统计接口详解

ucsheep

接口 爬虫 趣头条 模拟登录

智慧党建系统开发,智慧组工干部管理平台建设解决方案

WX13823153201

终于知道为啥网页不让我复制粘贴了!

华为云开发者社区

js 代码 button事件 复制粘贴 输入框

南京晓庄学院,成功举办“Adobe国际认证考试中心”授权仪式

Adobe国际认证

【LeetCode】132模式Java题解

HQ数字卡

算法 LeetCode 3月日更

超详细!手把手带你快速入门 GitHub!

JackTian

git GitHub 开源项目

20天内看完这套GitHub标星18k+的Android资料,含泪整理面经

欢喜学安卓

android 程序员 面试 移动开发

区块链BaaS应用服务平台的搭建

13828808769

区块链+ #区块链#

力扣(LeetCode)刷题,简单题(第14期)

不脱发的程序猿

LeetCode 面试刷题 算法攻关 28天挑战 3月日更

畅想数据湖

数据社

数据仓库 数据湖 ETL ELT

智慧公安重点人员管控系统大数据分析平台的搭建

13828808769

智慧城市 智慧交通

云原生数据库风起云涌,华为云GaussDB破浪前行

华为云开发者社区

数据库 架构 云原生 华为云 GaussDB

2021年DevOps的四大趋势

禅道项目管理

DevOps 工具 趋势 Redis开发与运维

Python OpenCV 彩色图像与灰度图像的转换

梦想橡皮擦

3月日更

商品溯源之痛,区块链对商品假冒的解决方案

13828808769

区块链+ 区块链应用 区块链发展 #区块链#

神策大数据技术直播系列课第二季,开讲啦

神策技术社区

大数据 性能优化 前端 工程师 事件分析

2021年Android面试心得,大厂面经合集

欢喜学安卓

android 程序员 面试 移动开发

IAP:物联网终端软件升级技术

华为云开发者社区

IoT LiteOS iap 物联网终端 OTA

Adobe国际认证,不仅是职业生涯起点,更是设计的兴趣和热爱

Adobe国际认证

直播预告 | 数据操作加速器,CloudQuery v1.3.5 发布

CloudQuery社区

sql 编辑器 数据治理 数据安全 数据库管理工具

情指勤指挥调度平台搭建,公安局情报指挥系统

13823153121

MoviePy - 中文文档(一个专业的python音视频编辑库)教程

ucsheep

Python 音视频 视频剪辑 Moviepy 视频合成

大数据技术升级脉络及认知陷阱

大数据技术升级脉络及认知陷阱

AI发现超级抗生素,可杀死多种致病细菌,对人体细胞毒性低-InfoQ