Επιστήμονες του MIT χρησιμοποιούν AI για να στοχεύσουν τα βακτήρια που «κοιμούνται»

04:19 16/4/2024 - Πηγή: Huffington Post Greece

.

Στο παρελθόν, οι λοιμώξεις αποτελούσαν την κύρια αιτία θανάτου των ανθρώπων. Τον τελευταίο αιώνα, η ιατρική εξελίχθηκε ραγδαία και χάρη στα αντιβιοτικά αυξήθηκε το προσδόκιμο ζωής των ανθρώπων.

Τώρα ο Παγκόσμιος Οργανισμός Υγείας έχει ανακηρύξει την κρίση της μικροβιακής αντοχής ως μία από τις δέκα  κορυφαίες παγκόσμιες απειλές για τη δημόσια υγεία. 

Τα ανθεκτικά στα αντιβιοτικά βακτήρια αποτελούν καθημερινό πρόβλημα στα νοσοκομεία σε ολόκληρο τον κόσμο.

Οι λοιμώξεις που οφείλονται σε βακτήρια ανθεκτικά στα αντιβιοτικά δυσχεραίνουν τη χορήγηση της κατάλληλης αντιμικροβιακής

θεραπείας και ενδέχεται να προκαλέσουν στους ασθενείς επιπλοκές οι οποίες οδηγούν σε παρατεταμένη νοσηλεία στο νοσοκομείο, σε σοβαρότερες λοιμώξεις και ενίοτε σε θάνατο.

Τα βακτήρια γίνονται μεταβολικά αδρανή, αποφεύγοντας την ανίχνευση παραδοσιακών αντιβιοτικών που ανταποκρίνονται μόνο στη μεταβολική δραστηριότητα. Όταν περάσει ο κίνδυνος, τα βακτήρια επανέρχονται στη ζωή και η μόλυνση επανεμφανίζεται.  

«Η αντίσταση εμφανίζεται περισσότερο με την πάροδο του χρόνου και οι επαναλαμβανόμενες λοιμώξεις οφείλονται σε αυτόν τον λήθαργο», λέει η Jackie Valeri, πρώην  συνεργάτης του MIT-Takeda   που πρόσφατα απέκτησε το διδακτορικό της στη βιολογική μηχανική από το Collins Lab. Η Valeri είναι  συγγραφέας  μιας νέας εργασίας  που δημοσιεύτηκε στο τεύχος αυτού του μήνα του  Cell Chemical Biology  που δείχνει πώς η μηχανική μάθηση θα μπορούσε να βοηθήσει στην εξέταση ενώσεων που είναι θανατηφόρες για τα αδρανοποιημένα βακτήρια. 

Οι ιστορίες της βακτηριακής ανθεκτικότητας που μοιάζει με τον ύπνο δεν είναι νέα για την επιστημονική κοινότητα - αρχαία βακτηριακά στελέχη που χρονολογούνται πριν από 100 εκατομμύρια χρόνια έχουν ανακαλυφθεί τα τελευταία χρόνια  ζωντανά σε κατάσταση εξοικονόμησης ενέργειας στον πυθμένα του Ειρηνικού Ωκεανού. 

Ο επικεφαλής της σχολής Life Sciences του MIT Jameel Clinic James J. Collins, καθηγητής Ιατρικής Μηχανικής και Επιστήμης στο Ινστιτούτο Ιατρικής Μηχανικής και Επιστήμης του MIT και στο Τμήμα Βιολογικής Μηχανικής,  έγινε πρόσφατα πρωτοσέλιδο  για τη χρήση της τεχνητής νοημοσύνης για την ανακάλυψη μιας νέας κατηγορίας αντιβιοτικών, η οποία είναι μέρος της μεγαλύτερης αποστολής της ομάδας να χρησιμοποιήσει την τεχνητή νοημοσύνη για να επεκτείνει δραματικά τα υπάρχοντα διαθέσιμα αντιβιοτικά. 

.

Σύμφωνα με μία μελέτη που δημοσιεύτηκε από  το The Lancet , το 2019, 1,27 εκατομμύρια θάνατοι θα μπορούσαν να είχαν αποφευχθεί αν οι λοιμώξεις ήταν ευαίσθητες στα φάρμακα και μία από τις πολλές προκλήσεις που αντιμετωπίζουν οι ερευνητές είναι η εύρεση αντιβιοτικών που μπορούν να στοχεύουν μεταβολικά αδρανοποιημένα βακτήρια. 

Σε αυτή την περίπτωση, οι ερευνητές στο Collins Lab χρησιμοποίησαν AI για να επιταχύνουν τη διαδικασία εύρεσης αντιβιοτικών ιδιοτήτων σε γνωστές φαρμακευτικές ενώσεις.

Με εκατομμύρια μόρια, η διαδικασία μπορεί να διαρκέσει χρόνια, αλλά οι ερευνητές κατάφεραν να εντοπίσουν μια ένωση που ονομάζεται semapimod μέσα σε ένα Σαββατοκύριακο, χάρη στην ικανότητα του AI να εκτελεί έλεγχο υψηλής απόδοσης.

Ένα αντιφλεγμονώδες φάρμακο που χρησιμοποιείται συνήθως για τη νόσο του Crohn, οι ερευνητές ανακάλυψαν ότι το semapimod ήταν επίσης αποτελεσματικό κατά της στατικής φάσης  Escherichia coli  και  Acinetobacter baumannii. 

Μια άλλη αποκάλυψη ήταν η ικανότητα του semapimod να διαταράσσει τις μεμβράνες των αποκαλούμενων «Gram-αρνητικών» βακτηρίων, τα οποία είναι γνωστά για την υψηλή εγγενή τους αντοχή στα αντιβιοτικά λόγω της παχύτερης, λιγότερο διαπερατής εξωτερικής μεμβράνης τους. 

Παραδείγματα αρνητικών κατά Gram βακτηρίων περιλαμβάνουν τα E. coli ,  A. baumannii,  Salmonella και  Pseudomonis, τα οποία είναι δύσκολο να βρεθούν νέα αντιβιοτικά. 

«Ένας από τους τρόπους με τους οποίους οι επιστήμονες καταλάβαν τον μηχανισμό του sema [sic] ήταν ότι η δομή του ήταν πραγματικά μεγάλη και τους θύμιζε άλλα πράγματα που στοχεύουν στην εξωτερική μεμβράνη», εξηγεί η Valeri. 

Διαταράσσοντας ένα συστατικό της εξωτερικής μεμβράνης, το semapimod ευαισθητοποιεί τα Gram-αρνητικά βακτήρια σε φάρμακα που είναι συνήθως ενεργά μόνο έναντι Gram-θετικών βακτηρίων. 

Η Valeri θυμάται ένα απόσπασμα από μια μελέτη του 2013 που δημοσιεύτηκε στο  Trends Biotechnology: «Για τις Gram-θετικές λοιμώξεις, χρειαζόμαστε καλύτερα φάρμακα, αλλά για τις Gram-αρνητικές λοιμώξεις χρειαζόμαστε οποιαδήποτε φάρμακα». 

Πηγή: MIT News

Related...Πώς λειτουργούν τα αντιβιοτικά;Έρευνα: Τα αντιβιοτικά για κοινές παιδικές λοιμώξεις δεν είναι πλέον αποτελεσματικάΤυφοειδής πυρετός: Ένας αρχαίος δολοφόνος γίνεται ολοένα και πιο ανθεκτικός στα αντιβιοτικά