Компьютерная программа находит новые комбинации химических веществ для борьбы с патогенными дрожжами

Лекарства завтрашнего дня могут быть открыты компьютерами. Исследование, опубликованное 23 декабря в Cell Systems, демонстрирует, что при вводе правильных данных об инфекционных дрожжах машинный алгоритм может научиться определять комбинации существующих и ранее неизвестных соединений, способных совместно действовать как противогрибковые агенты. Метод требует доработки, но это новый подход к борьбе с инфекционными заболеваниями, который может быстро выявлять комбинации веществ для преодоления лекарственной устойчивости.

Эффективность новых комбинаций для лечения инфекций у животных или людей ещё неизвестна, но исследовательская группа отобрала 18 перспективных комбинаций для борьбы с патогенными для человека дрожжами в лабораторных условиях. Высокий процент успеха подтверждает их потенциал для разработки лекарств. Примечательно, что некоторые комбинации оказались безвредными для человеческих клеточных линий.

Обучение машины

Исследователи начали с пекарских дрожжей (S. cerevisiae), так как это единственные дрожжи, чья генетическая сеть полностью картирована. Это обеспечило более информативный набор данных, чем бактерии.

Учёные ввели в алгоритм генетическую информацию (195 генетически различных штаммов) и их генетические реакции на 4 915 различных соединений, чтобы компьютер построил модели химико-генетических взаимодействий. Однако этого было недостаточно, и первоначальный алгоритм имел слабую предсказательную силу.

Модели несколько раз пересматривались на основе обучающих наборов данных, а затем тестировались на новых библиотеках соединений.

Ресурс ChemGRID

Алгоритмы обучались на наборе из 1 221 уникального соединения, которые использовались для создания и экспериментальной проверки 8 128 реальных комбинаций. Все данные исследования доступны для свободного скачивания и изучения в базе данных ChemGRID.

Группа планирует применить аналогичный подход машинного обучения для химико-генетических взаимодействий в человеческих клетках с использованием технологии редактирования генов CRISPR/Cas9. Это может позволить создать алгоритм, предсказывающий комбинации, различающие здоровые и, например, раковые клетки.