Генеративный ИИ создал соединения, убивающие устойчивые к антибиотикам бактерии

Исследователи из MIT с помощью искусственного интеллекта разработали новые антибиотики для борьбы с двумя трудноизлечимыми инфекциями: устойчивой к лекарствам Neisseria gonorrhoeae и метициллин-резистентным Staphylococcus aureus (MRSA).

Используя генеративные алгоритмы ИИ, команда спроектировала более 36 миллионов возможных соединений и провела их компьютерный скрининг на антимикробные свойства. Лучшие кандидаты структурно отличаются от существующих антибиотиков и, по-видимому, действуют по новым механизмам, нарушая бактериальные клеточные мембраны.

Исследование химического пространства

За последние 45 лет FDA одобрило несколько десятков новых антибиотиков, но большинство из них — варианты существующих. При этом растёт устойчивость бактерий ко многим из этих препаратов. По оценкам, во всём мире инфекции, вызванные устойчивыми бактериями, ежегодно приводят почти к 5 миллионам смертей.

В новом исследовании учёные применили два разных подхода:

  1. Фрагментный подход: Нацелен на N. gonorrhoeae. Исследователи начали с библиотеки из ~45 млн известных химических фрагментов, отобрали ~1 млн кандидатов и идентифицировали фрагмент F1. С помощью двух алгоритмов ИИ (CReM и F-VAE) на его основе сгенерировали ~7 млн соединений. После скрининга был синтезирован и протестирован кандидат NG1. Он эффективно убивал N. gonorrhoeae в лабораторных условиях и в модели мышиной инфекции. NG1 взаимодействует с белком LptA, нарушая синтез внешней мембраны бактерии.
  2. Неограниченный дизайн: Нацелен на S. aureus. Алгоритмы CReM и VAE без ограничений сгенерировали более 29 млн соединений. После фильтрации было синтезировано и протестировано 22 молекулы. Шесть из них показали сильную активность против MRSA в лаборатории. Лучший кандидат, DN1, смог вылечить кожную инфекцию MRSA у мышей. Эти молекулы также нарушают бактериальные клеточные мембраны, но их действие шире и не ограничивается одним белком.

Некоммерческая организация Phare Bio, входящая в проект Antibiotics-AI, сейчас работает над дальнейшей модификацией NG1 и DN1 для дополнительных испытаний. Платформы, разработанные в исследовании, также планируется применить для поиска лекарств против Mycobacterium tuberculosis и Pseudomonas aeruginosa.