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科学家用AI研制全新抗生素

2023-05-27 04:25:52大公报
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  图:科学家利用人工智能发现全新的抗生素,以对抗超级细菌。图为加拿大麦马斯特大学的研究人员。\网络图片

  【大公报讯】综合《卫报》、CNN、BBC报道:人工智能(AI)协助医学研究又有新突破。美国和加拿大的科学家利用AI,发现了一种能杀死致命超级细菌“鲍氏不动杆菌”的全新抗生素。“鲍氏不动杆菌”被世界卫生组织认为对人类构成重大威胁,存活能力和传染性都较强,而新的抗生素被证实能够有效抑制鲍氏不动杆菌感染,而且更有针对性。近年来,医药行业也加大了对AI应用的相关投资,AI可以帮助研究人员更快更准确地得出实验数据和结果。

  这种名为鲍氏不动杆菌(Acinetobacter baumannii)的超级细菌,拥有多重耐药性,在世界卫生组织的“优先病原体”清单中被列为“重大”威胁。

  来自美国麻省理工学院和加拿大麦马斯特大学的科学家,他们选取了数千种精确化学结构已知的化学物,并在鲍氏不动杆菌上进行试验,看看哪些化学物质可以减缓或杀死它。研究人员随后将这些信息输入AI系统,用以训练一个AI算法,以便预测相关化学物质是否可以对该细菌产生作用。

  AI模型用一个半小时的时间,就筛选出相关的药物清单,以便科学家进行实验室测试。研究人员随后选出九个最有可能的潜在化学物质,进行一一排除,最终确定效果最佳的抗生素。

  研究人员将该抗生素命名Abaucin,实验室测试表明,该抗生素可治疗小鼠的感染伤口,并能够杀死来自病人的鲍氏不动杆菌样本。

  上述新研究25日在科学期刊《自然─化学生物学》上发表。

  最快2030年成为处方药

  研究负责人、麦马斯特大学生物医学及生物化学系助理教授斯托克斯(Jonathan Stokes)说:“这项工作验证了机器学习在寻找新抗生素方面的积极用处。”他说:“借由AI,我们能快速探索庞大的化学领域,获得更多发现全新抗菌分子的机会。”

  斯托克斯解释道,大多数抗生素是广谱制剂,能杀死大量不同的细菌。因此,广谱抗生素给许多类型细菌带来了很大的进化压力(selection pressure),从而导致许多细菌迅速进化演变,从而产生耐药性。但是,通过上述新方法找到的实验性抗生素,只对鲍氏不动杆菌起效用,对其他种类的细菌没有影响,更有针对性。

  科学家表示,下一步是在实验室中完善新的抗生素药物,然后进行临床试验。斯托克斯预计,第一批人工智能抗生素可能要到2030年才会成为处方药。

  AI研发仍有局限性

  药物的开发研究通常需要研究人员在实验室进行多年的大量研究,经历对庞大数据的测试和筛选,寻找候选药物。而AI强大的算力正在帮助科研人员更高效地完成任务。

  宾夕法尼亚大学帕尔曼医学院助理教授富恩特(Cesar de la Fuente)表示,使用AI寻找新药和治疗方法是新兴领域,大幅削减了在数千种有希望的化合物中进行分类的时间,“AI可以成功应用于许多领域,我认为药物发现算是下一个前沿领域。”

  摩根大通估计,在未来十年内,AI在早期药物开发中的应用可能会转化出另外50种新疗法,销售额超过500亿美元(约3917亿港元)。製药行业智库Deep Pharma Intelligence估计,在过去四年中,製药公司对AI的应用投资增加了两倍,到2022年达到246亿美元(约1927亿港元)。

  虽然AI可以在实验过程中提供帮助,但在选择分子后,科学家们仍然需要做很多传统的工作。另外,AI还有其他局限性。例如,它无法预测复杂的生物学特性,例如化合物的功效和副作用。

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