Yapay zeka, ilaçlara dirençli bakterilere karşı yeni antibiyotikler tasarladı

Çalışmada geliştirilen bileşiklerden bazıları, özellikle bel soğukluğuna (gonoreye) yol açan Neisseria gonorrhoeae ve “hastane mikrobu” olarak bilinen metisiline dirençli Staphylococcus aureus (MRSA) üzerinde güçlü etki gösterdi.

Yeni Antibiyotikler Geliştirmek İçin İki Farklı Yapay Zeka Yaklaşımı Kullanıldı

Araştırma kapsamında iki farklı yapay zeka yaklaşımı kullanıldı. Önce, “parça tabanlı tasarım” yönteminde, antibakteriyel etki gösterme ihtimali olan küçük kimyasal parçacıklar (fragmanlar) belirlendi. 45 milyon parçacıktan oluşan devasa bir kütüphane, önceden eğitilmiş makine öğrenimi modelleri ile tarandı. İnsanlar için toksik olan ya da mevcut antibiyotiklere çok benzeyen parçacıklar elendi ve sonuçta yaklaşık 1 milyon aday kaldı. Bu adayların arasından seçilen bir parçacık, yapay zeka algoritmalarıyla (CReM ve F-VAE) yeniden işlenerek milyonlarca yeni molekül oluşturuldu. Bunlar arasında sentezlenebilenlerden biri, “NG1” olarak adlandırıldı ve hem laboratuvar ortamında hem de fare modellerinde ilaç dirençli gonoreyi etkili biçimde yok etti.

İkinci yöntemde ise yapay zekâya herhangi bir parçacık kısıtlaması getirilmeden “serbest tasarım” yapması istendi. Bu süreçte CReM ve VAE algoritmaları kullanılarak 29 milyondan fazla teorik molekül üretildi. Filtrelerden geçirilen adaylardan 90 tanesi seçildi, bunlardan 22’si sentezlendi ve sentezlenenler arasından da altısının MRSA üzerinde güçlü antibakteriyel aktivite gösterdiği gözlemledi. İçlerinden “DN1” adlı molekül, farelerde cilt enfeksiyonlarını tedavi etmede başarılı oldu.

Ortaya çıkan moleküllerin en dikkat çekici yanı, bilinen antibiyotiklerden yapısal olarak tamamen farklı olmaları. Araştırmaya göre NG1, bakterilerin dış zarında görev alan LptA adlı proteini hedef alıyor ve zarın sentezini bozarak hücreyi öldürüyor. DN1 ise daha geniş etki mekanizmalarıyla zar bütünlüğünü bozuyor. Bu da yalnızca bilinen antibiyotiklerin türevlerini üretmek yerine, tamamen yeni etki mekanizmalarıyla ilaç geliştirme ihtimalini ortaya koyuyor.

Ayrıca Bkz.Nobel ödüllü bilgisayar bilimci: Yapay zekaları daha anaç yapmak tek kurtuluşumuz olabilir

Yapay Zeka Sayesinde Yepyeni Antibiyotikler Ortaya Çıkabilir

MIT Biyomedikal Mühendislik Profesörü James Collins, çalışmanın önemini “Yapay zekayı yalnızca var olan molekül kütüphanelerini taramak için değil, henüz keşfedilmemiş kimyasal alanlarda yeni moleküller üretmek için kullanıyoruz. Bu, antibiyotik geliştirme açısından daha önce mümkün olmayan bir keşif alanı açıyor” sözleriyle anlatıyor.

Gerçekten de bugüne kadar FDA tarafından onaylanan yeni antibiyotiklerin çoğu, var olanların küçük varyasyonlarıydı. Şimdi yapay zekanın bunlara çok daha farklı alternatifler sunması önemli. Çünkü son yıllarda uzmanların da uyardığı üzere bakteriler mevcut antibiyotiklere karşı giderek direnç kazanıyor. Bu yüzden, her yıl 5 milyondan fazla ölümden sorumlu olan bakterilere karşı etkili olacak yeni antibiyotikler geliştirmek büyük önem taşıyor.

NG1 ve DN1 şimdilik klinik aşamadan uzak olsa da ekip bu molekülleri optimize etmek ve klinik öncesi testlere hazırlamak için çalışmalara başlamış durumda. Araştırmacılar, aynı platformu Mycobacterium tuberculosis (verem) ve Pseudomonas aeruginosa gibi diğer ölümcül bakterilere karşı da uygulamayı planlıyor.