Tìm ra loại kháng sinh mới thứ một sau hơn 60 năm nhờ AI

Lần thứ một sau hơn 60 năm, những nhà khoa học đã tìm ra kháng sinh mới nhờ sự trợ giúp của AI. Ảnh minh họa: Canva

Việc ứng dụng trí tuệ nhân tạo (AI) đang được chứng tỏ là yếu tố thay đổi cuộc chơi trong y học. khoa học này đã giúp những nhà khoa học khám phá những loại kháng sinh mới thứ một sau hơn 60 năm.

Theo trang Euronews, việc tìm ra một hợp chất mới mang thể tiêu diệt vi khuẩn kháng thuốc – nguyên nhân gây tử vong cho hàng nghìn người trên toàn thế giới mỗi năm – đánh dấu một bước ngoặt trong cuộc chiến chống lại tình trạng kháng thuốc.

Ông James Collins, Giáo sư Khoa học và Kỹ thuật Y tế tại Viện khoa học Massachusetts (MIT) cho hay: “Điều rất cần thiết ở đây là chúng ta mang thể thấy những gì những mô hình đang học để phán đoán về một số phân tử sẽ tạo ra loại kháng sinh tốt. Chúng tôi đem lại một khuôn khổ tiết kiệm thời gian, tiết kiệm tài nguyên và hiểu biết sâu sắc về mặt cơ học, từ quan điểm cấu trúc hóa học, theo những cách mà chúng tôi chưa từng làm cho tới nay”.

Vừa được thông báo trên tạp chí Nature, phát hiện này là thành quả chung của nhóm gồm 21 nhà nghiên cứu.

Nhóm nghiên cứu đã sử dụng mô hình học sâu để dự đoán hoạt động và độc tính của hợp chất mới.
Học sâu liên quan tới việc sử dụng mạng lưới thần kinh nhân tạo để tự động tìm hiểu và biểu diễn những tính năng từ dữ liệu mà ko cần lập trình rõ ràng.

Nó ngày càng được áp dụng vào lĩnh vực điều chế thuốc để đẩy nhanh việc xác định những loại thuốc tiềm năng, dự đoán tính chất của chúng và tối ưu hóa quá trình phát triển thuốc.

Trong trường hợp này, những nhà nghiên cứu đã tập trung vào tụ cầu vàng kháng methicillin (MRSA).
Nhiễm trùng MRSA mang triệu chứng từ nhiễm trùng da nhẹ tới những tình trạng nghiêm trọng hơn và mang khả năng đe dọa tính mạng như viêm phổi và nhiễm trùng máu.

Theo Trung tâm Phòng ngừa và Kiểm soát Dịch bệnh châu Âu (ECDC), mỗi năm mang sắp 150.000 ca nhiễm MRSA xảy ra ở khu vực Liên minh châu Âu. Cùng lúc đó, mang sắp 35.000 người trong khối này tử vong do nhiễm phải mang loại vi khuẩn kháng thuốc kháng sinh.

Nhóm những nhà nghiên cứu tại MIT đã đào tạo một mô hình học sâu tăng thêm bằng cách sử dụng những bộ dữ liệu tăng thêm.

Để lập nên dữ liệu đào tạo, khoảng 39.000 hợp chất đã đưa vào giới thiệu về hoạt tính kháng sinh chống lại MRSA. Sau đó, cả dữ liệu thu được và thông tin khía cạnh về cấu trúc hóa học của những hợp chất đều được đưa vào mô hình.

Để tinh chỉnh việc lựa tìm những loại thuốc tiềm năng, những nhà nghiên cứu đã sử dụng thêm ba mô hình học sâu. Những mô hình này được đào tạo để giới thiệu độc tính của những hợp chất trên ba loại tế bào riêng biệt của con người.

Bằng cách tích hợp những dự đoán độc tính này với hoạt tính kháng khuẩn đã được xác định trước đó, những nhà nghiên cứu đã xác định chính xác những hợp chất mang khả năng chống lại vi khuẩn một cách hiệu quả với mức độ gây hại tối thiểu cho cơ thể con người.

Sử dụng bộ mô hình này, khoảng 12 triệu hợp chất đã được sàng lọc. những mô hình đã xác định những hợp chất từ năm loại khác nhau, được phân loại dựa trên những cấu trúc hóa học cụ thể bên trong những phân tử, cho thấy hoạt động được dự đoán chống lại MRSA.

Sau đó, những nhà nghiên cứu đã thu được khoảng 280 hợp chất và tiến hành thử nghiệm chống MRSA trong môi trường phòng thực nghiệm. Cách tiếp cận này giúp họ xác định được hai “ứng cử viên” kháng sinh đầy triển vọng.

Trong những thực nghiệm liên quan tới hai mô hình chuột – một cho nhiễm trùng da MRSA và một cho nhiễm trùng toàn thân MRSA – mỗi hợp chất này đã làm giảm quần thể MRSA xuống 10 lần.