با استفاده از یک ماشین-آموزش الگوریتم MIT محققان شناسایی جدید و قدرتمند آنتی بیوتیک ترکیب. در تست های آزمایشگاهی این دارو منجر به کشته شدن بسیاری از جهان ترین مشکل بیماری-باکتری از جمله برخی از گونه های است که مقاوم در برابر برای همه شناخته شده آنتی بیوتیک است. آن را نیز پاک عفونت های مختلف در دو مدل موش.

این مدل کامپیوتری است که می تواند صفحه نمایش بیش از یک صد میلیون ترکیبات شیمیایی در یک ماده از روز طراحی شده است به انتخاب کردن پتانسیل آنتی بیوتیک است که کشتن باکتری ها با استفاده از مکانیسم های مختلف از کسانی که از داروهای موجود.

“ما می خواستیم برای ایجاد یک پلت فرم است که اجازه می دهد ما را به مهار قدرت از هوش مصنوعی به طلیعه چیزی بودن در یک عصر جدید از آنتی بیوتیک کشف مواد مخدر می گوید:” جیمز کالینز به Termeer استاد مهندسی پزشکی و علوم در دانشگاه MIT موسسه مهندسی پزشکی و علوم (IMES) و گروه مهندسی زیستی. “رویکرد ما نشان داد این مولکول است که مسلما یکی از قدرتمند آنتی بیوتیک است که کشف شده است.”

در مطالعه جدید محققان همچنین شناسایی تعدادی دیگر امیدوار کننده آنتی بیوتیک نامزدها که آنها برنامه ریزی برای آزمون بیشتر است. آنها بر این باورند که مدل نیز می تواند مورد استفاده برای طراحی داروهای جدید بر اساس آنچه از آن آموخته است در مورد ساختار شیمیایی است که قادر مواد مخدر به کشتن باکتری ها است.

“ماشین مدل یادگیری می توانید به کاوش در سیلیکون بزرگ شیمیایی فضاهای است که می تواند گران به صورت سنتی و تجربی روش می گوید:” رجینا Barzilay های دلتا الکترونیک استاد مهندسی برق و علوم کامپیوتر در دانشگاه MIT Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory (CSAIL).

Barzilay و کالینز که در دانشکده co-آگهی برای دانشگاه MIT Abdul Latif Jameel درمانگاه برای یادگیری ماشین در بهداشت ارشد نویسندگان این مطالعه که به نظر می رسد امروز در سلول. اولین نویسنده این مقاله است Jonathan استوکس یک فوق دکترا در دانشگاه MIT و گسترده موسسه MIT و هاروارد.

یک خط لوله جدید

بیش از چند دهه گذشته بسیار جدید چند آنتی بیوتیک ها توسعه یافته اند و بسیاری از کسانی که به تازگی تایید شده آنتی بیوتیک ها کمی متفاوت انواع داروهای موجود. روش های فعلی برای غربالگری جدید آنتی بیوتیک ها اغلب بازدارنده پرهزینه نیاز به یک زمان قابل توجهی سرمایه گذاری و معمولا محدود به یک باریک طیف تنوع شیمیایی.

“ما در حال مواجهه با یک بحران رو به رشد در اطراف مقاومت آنتی بيوتيکی و این وضعیت این است که تولید شده توسط هر دو افزایش تعداد عوامل بیماری زا تبدیل شدن مقاوم به آنتی بیوتیک های موجود و کم خونی خط لوله در بیوتکنولوژی و صنایع دارویی جدید برای آنتی بیوتیک ها” کالینز می گوید.

سعی کنید برای پیدا کردن به طور کامل رمان ترکیبات او همکاری با Barzilay استاد Tommi Jaakkola و دانش آموزان خود را کوین یانگ کایل سوانسون و Wengong Jin که قبلا طراحی و توسعه ماشین-آموزش مدل های کامپیوتری که می توان به تجزیه و تحلیل ساختار مولکولی ترکیبات و ارتباط آنها با صفات خاص مانند توانایی به کشتن باکتری ها است.

ایده استفاده از پیش بینی مدل های کامپیوتری برای “در سیلیکون” غربالگری جدید نیست اما تا به حال این مدل نمی شد به اندازه کافی دقیق به تبدیل مواد مخدر کشف. این مولکول نشان داده بودند به عنوان بردار, بازتاب حضور یا عدم حضور برخی از گروه شیمی. این شبکه های عصبی می توانند یاد بگیرند که این نمایندگی به صورت خودکار مولکول های نقشه برداری به طور مداوم بردار که پس از آن مورد استفاده برای پیش بینی خواص خود را.

در این مورد محققان طراحی مدل خود را به دنبال شیمیایی ویژگی های است که مولکول موثر در کشتن باکتری E. coli. برای انجام این کار آنها آموزش این مدل در حدود 2500 مولکول از جمله در مورد از 1700 مورد تایید FDA مواد مخدر و یک مجموعه ای از 800 محصولات طبیعی با ساختارهای متنوع و طیف گسترده ای از bioactivities.

هنگامی که این مدل روت محققان آزمایش آن در گسترده موسسه مبارزه با مواد مخدر Repurposing توپی یک کتابخانه از حدود 6000 ترکیبات. مدل برداشت از یک مولکول که پیش بینی شده بود به قوی فعالیت ضد باکتری و تا به حال یک ساختار شیمیایی متفاوت از هر موجود آنتی بیوتیک است. با استفاده از دستگاه های مختلف-مدل یادگیری محققان همچنین نشان داد که این مولکول به احتمال زیاد دارای سمیت کم برای سلول های انسان است.

این مولکول که محققان تصمیم به تماس halicin پس از داستانی سیستم هوش مصنوعی از “2001: یک اودیسه فضایی” بوده است که قبلا مورد بررسی قرار گرفته که ممکن است به دیابت مواد مخدر است. محققان آزمایش آن را در برابر ده ها تن از باکتری های جدا شده از بیماران و رشد کرده در آزمایشگاه ظروف و متوجه شد که قادر به کشتن بسیاری هستند که مقاوم به درمان از جمله کلستريديوم ديفيسيل, اسينتوباکتر بومانی و مايکوباکتريوم توبرکلوزيس. مواد مخدر کار می کرد در برابر هر گونه که آنها آزمایش به غیر از سودوموناس آئروژينوزا دشوار است به درمان ریه پاتوژن.

برای تست halicin اثربخشی در زندگی حیوانات محققان از آن استفاده می شود به درمان موش های آلوده با اسينتوباکتر بومانی یک باکتری است که آلوده به بسیاری از سربازان آمریکایی مستقر در عراق و افغانستان است. فشار اسينتوباکتر بومانی که آنها استفاده می شود و مقاوم در برابر تمام آنتی بیوتیک شناخته شده اما استفاده از یک halicin حاوی پماد به طور کامل پاک عفونت در عرض 24 ساعت.

مطالعات اولیه نشان می دهد که halicin باکتری توسط اخلال در توانایی خود را برای حفظ یک شیب الکتروشیمیایی خود را در سراسر غشای سلولی. این شیب لازم است در میان دیگر توابع برای تولید ATP (مولکول است که استفاده از سلول های ذخیره انرژی) بنابراین اگر شیب شکسته شدن سلول ها می میرند. این نوع از قتل مکانیزم می تواند دشوار برای باکتری ها برای مقاومت در برابر توسعه به, محققان می گویند.

“هنگامی که شما در حال برخورد با یک مولکول که به احتمال زیاد همکاران با غشاء اجزای یک سلول نمی تواند لزوما به دست آوردن یک جهش یا یک زن و شوهر از جهش به تغییر شیمی غشای بیرونی. جهش مانند که تمایل به مراتب پیچیده تر برای به دست آوردن تکاملی,” استوکس می گوید.

در این مطالعه محققان دریافتند که باکتری E. coli توسعه نیست هر مقاومت به halicin در طول 30 روز دوره درمان. در مقابل باکتری ها شروع به توسعه مقاومت به آنتی بیوتیک سیپروفلوکساسین در عرض یک تا سه روز و پس از 30 روز این باکتری حدود 200 برابر بیشتر مقاوم به سيپروفلوکساسين از آنها در ابتدای آزمایش.

پژوهشگران را به دنبال مطالعات بیشتر از halicin کار با یک شرکت دارویی یا سازمان های غیر انتفاعی, به امید توسعه آن را برای استفاده در انسان است.

بهینه سازی مولکول

پس از شناسایی halicin محققان همچنین با استفاده از مدل خود را به روی صفحه نمایش بیش از 100 میلیون مولکول های انتخاب شده از ZINC15 پایگاه داده یک مجموعه آنلاین از حدود 1.5 میلیارد ترکیبات شیمیایی. این صفحه نمایش که در زمان تنها سه روز شناسایی 23 نامزد بودند که ساختاری متفاوت از آنتی بیوتیک های موجود و پیش بینی می شود غیر سمی برای سلول های انسان است.

در تست های آزمایشگاهی در برابر پنج گونه از باکتری محققان دریافتند که هشت نفر از این مولکول نشان داد فعالیت ضد باکتری و دو بودند به خصوص قوی. محققان در حال حاضر برنامه ای برای تست این مولکول ها بیشتر و همچنین به صفحه نمایش بیشتر از ZINC15 پایگاه داده.

محققان همچنین قصد استفاده از مدل خود را به طراحی جدید آنتی بیوتیک ها و بهینه سازی های موجود در مولکول. برای مثال آنها می توانند آموزش مدل به اضافه کردن ویژگی های است که می تواند خاص آنتی بیوتیک هدف تنها برخی از باکتری ها و جلوگیری از آن را از کشتن باکتری های مفید در یک بیمار دستگاه گوارش.

tinyurlis.gdv.gdv.htu.nuclck.ruulvis.netshrtco.detny.im

نرم افزار گرامرلی