קדימות האחרונות בבינה מלאכותית מהפכות את תחום אנטיביוטיקה. חוקרי MIT פיתחו בריאים חדשניים המסוגלים להילחם בחיידקים עמידים במיוחד, כולל Neisseria gonorrhoeae ו-Staphylococcus aureus. הגישה הנועזת משתמשת באלגוריתמים של בינה מלאכותית גנרטיבית כדי לחקור שטח כימיי עצום שלא נחקר, ובכך לחשוף מנגנוני פעולה חדשים.
הדחיפות להילחם בנחישות החיידקית גוברת, עם כמעט 5 מיליון מקרי מוות שנתיים הקשורים לזיהומים אלה. תגליות חדשות אלה פותחות אופקים מעודדים לפיתוח של אנטיביוטיקות אפקטיביות ועמידות. ההשלכות של מחקר זה נוגעות לא רק לבריאות הציבור, אלא גם לעתיד הטיפולים הרפואיים בקנה מידה עולמי.
פיתוח אנטיביוטיקות חדשות
חוקרי MIT פיתחו אנטיביוטיקות חדשניות המסוגלות להילחם בזיהומים עמידים לתרופות, כולל הNeisseria gonorrhoeae וStaphylococcus aureus עמידים במיוחד (MRSA). החדשנות מתרכזת בשימוש באלגוריתמים של בינה מלאכותית גנרטיבית, שהאפשרו למדענים ליצור ולבדוק יותר מ-36 מיליון תרכובות אנטי-מיקרוביאליות.
ניצול הבינה המלאכותית לייצור תרופות
באמצעות אלגוריתמים גנרטיביים, צוות המחקר חקר שטח כימיי הרבה יותר רחב מכפי שדמיינו עד כה. תהליך זה הוביל למועמדים מבניים שונים מהאנטיביוטיקות הקיימות. הגישה המיועדת משלבת מנגנונים חדשניים שיכולים להפריע לממברנות התאי החיידקים, ובכך לחזק את היעילות של התרכובות החדשות.
תהליך הבחירה של המועמדים
הפרויקט החל ביצירת כ-45 מיליון פיסות כימיות, המורכבות משילובי אטומים שונים. לאחר מכן, מערכת מודלים של למידת מכונה יכלה לחדד את ספריית המועמדים הרחבה הזו על ידי הסרת פיסות שנחשבו לרעילות לתאי אדם או דומות לאנטיביוטיקות קיימות.
זיהוי פיסת כימיה מבטיחה
אחרי מספר סבבים ניסיומיים, החוקרים בידדו פיסת כימיה, שנקראה F1, שהראתה פעילות מבטיחה נגד N. gonorrhoeae. פיסה זו שימשה כבסיס ליצירת תרכובות נוספות, באמצעות שני אלגוריתמים גנרטיביים נפרדים:
- CReM, שמשנה מולקולה מסוימת על ידי הוספת או החלפת אטומים.
- F-VAE, שבונה מולקולות שלמות מתוך פיסת כימיה.
תהליכים אלו הניבו כ-7 מיליון מועמדים, מתוכם כ-1,000 נבחרו מראש לבדיקה של סינתזה. שמונים מתוך התרכובות הצליחו להתבצע, חושפת מועמד, NG1, במיוחד יעיל נגד N. gonorrhoeae.
תוצאות הבדיקות על האלטרנטיבות
בהיבט הבדיקות, התרופה NG1 הוכיחה את יעילותה במודלים מעבדתיים וכמו כן לזיהומים עמידים בגונוריאה. הצלחה זו מתבססת על האינטראקציה שלה עם חלבון LptA, הממוקד בסינתזה של הממברנה החיצונית של החיידקים.
חקירת חיידקים גרם-חיוביים
תחום מחקר שני הוקדש למאבק בזיהומים הנגרמים על ידי S. aureus גרם חיובי. הצוות יישם את אותם אלגוריתמים, ללא שום אילוץ ראשוני, כדי ליצור יותר מ-29 מיליון מולקולות חדשות. שוב, המועמדים נבדקו בקפדנות כדי לזהות את אלו שיכולים להיות יעילים נגד זנים עמידים במיוחד.
מתוך 22 המולקולות שנבדקו, שש הראו יכולת אנטיביוטית בולטת מול S. aureus, כולל המועמד DN1, שהצליח להשמיד זיהום עור של MRSA במודלים עכבריים.
קרנות מחקר
Phare Bio, שותפה ללא מטרות רווח, פועלת כיום לפתח עוד את NG1 וDN1 לקראת ניסויים נוספים. שותפות זו מעדכנת על הרצון להרחיב את המחקר לפתוגנים אחרים. יוזמות כבר מתמקדות על חיידקים בעלי עניין כמו Mycobacterium tuberculosis וPseudomonas aeruginosa.
הנחישות של החוקרים לעבור גבולות חדשים בתכנון תרופות היא חשובה, כאשר העמידות החיידקית ממשיכה לגדול, יותר אפשרויות טיפוליות עמדו כעת לרשותם. שיתוף פעולה וחדשנות נשארים כמרכיבים המניעים את ההתקדמות הגדולה הזו במאבק נגד זיהומים עמידים לתרופות. למידע נוסף על נושאים אלה, אנא עיין במאמר כאן.
שאלות נפוצות
אילו סוגי חיידקים המולקולות החדשות הללו מכוונות?
המולקולות החדשות מכוונות בעיקר נגד החיידקים Neisseria gonorrhoeae, שהן עמידות לתרופות, וStaphylococcus aureus עמידים (MRSA).
איך השתמשו החוקרים בבינה מלאכותית גנרטיבית במחקרם?
החוקרים השתמשו באלגוריתמים של בינה מלאכותית גנרטיבית כדי לתכנן יותר מ-36 מיליון חומרים תיאורטיים ולאחר מכן סיננו אותם על סמך תכונות האנטי-מיקרוביאליות שלהם.
מהן התכונות של המועמדים אנטיביוטיים שהתגלו?
המועמדים חושפים מבנים ייחודיים ופועלים באמצעות מנגנונים חדשניים, כולל הפרעה לממברנות תאי החיידקים.
איך אנטיביוטיקות חדשות אלו שונות מהאנטיביוטיקות הקיימות?
בניגוד לאנטיביוטיקות המסורתיות, שהן לעיתים קרובות וריאציות של תרכובות ישנות, אנטיביוטיקות חדשות אלו מכילות מבנים כימיים בלי תקדים.
מהן התוצאות שהתקבלו במהלך הבדיקות במעבדה?
ניסויים הראו שאחת מהתרכובות החדשות, בשם NG1, הייתה מאוד יעילה בהשמדת Neisseria gonorrhoeae במודלים מעבדתיים ועכבריים.
למה קריטי לפתח אנטיביוטיקות חדשות היום?
זה קריטי בגלל הצמיחה המטרידה של זיהומים חיידקיים עמידים לתרופות, שגורמים לכמעט 5 מיליון פטירות בשנה ברחבי העולם.
מה החשיבות של מחקר על שטח כימאי שלא נחקר?
חקירת שטח כימאי שלא נחקר מאפשרת לגלות מנגנוני פעולה שאינם ידועים ולזהות תרכובות חדשות שיכולות לפעול נגד חיידקי עמידים.
איזו תפקיד לשחק פָּה̀ר ביו בפיתוח של המולקולות החדשות הללו?
Phare Bio, בשיתוף עם החוקרים, פועלת לשנות את התרכובות כמו NG1 וDN1 כדי להכשיר אותן לבדיקה נוספת.
האם לאנטיביוטיקות החדשות יש תופעות לוואי ידועות?
המחקרים המוקדמים לא קבעו עדיין תופעות לוואי סופיות, אך כל מועמד ייבדק עבור רעילות לפני ניסויים קליניים מתקדמים יותר.
מה אפשר לצפות בעתיד מחקר האנטיביוטיקות?
המחקר יתמקד במציאת מועמדים אנטי-מיקרוביאליים חדשים נגד פתוגנים אחרים, כמו Mycobacterium tuberculosis וPseudomonas aeruginosa.
