كيف يساعد الذكاء الاصطناعي الباحثين على تطوير المضادات الحيوية لمكافحة الالتهابات المقاومة للأدوية

آمنة نواز:

تشكل حالات العدوى المقاومة للأدوية تهديدًا كبيرًا للصحة العامة في جميع أنحاء العالم، فهي مسؤولة عن أكثر من مليون حالة وفاة كل عام. لذلك يحاول العلماء باستمرار إيجاد وتطوير مضادات حيوية جديدة.

يتحدث مايلز أوبراين عن الكيفية التي يقول بها الباحثون الآن إن الذكاء الاصطناعي يساعد في تسريع بحثهم.

مايلز أوبراين:

هذا هو الخط الأمامي في سباق التسلح البيولوجي لإنقاذ الأساس المتهالك للطب الحديث، وهو المضادات الحيوية. إنهم يجعلون الجراحة روتينية، ويحميون مرضى السرطان، ويحولون العدوى القاتلة إلى إزعاجات بسيطة.

رجل:

دعونا نلقي نظرة على مرض السيلان أولا.

مايلز أوبراين:

لقد غير اكتشاف البنسلين كل شيء، وليس أقله علاج الأمراض المنقولة جنسيا.

رجل:

إنها نعمة كبيرة للطبيب الخاص والعيادة وبالطبع للمريض.

مايلز أوبراين:

ولكن النجاح يأتي مع مفارقة قاتلة.

الدكتور ميليس أناهتار، مستشفى ماساتشوستس العام:

وكلما زاد نشرنا لهذا الدواء المنقذ للحياة، كلما قلت فعاليته على المدى الطويل.

مايلز أوبراين:

ميليس أناهتار هي عالمة ميكروبيولوجية سريرية في مستشفى ماساتشوستس العام.

دكتور مليس أناهتار:

إنه لا يشبه أي دواء آخر، حيث عندما نستخدم المضادات الحيوية، فإننا، بحكم التعريف، نفقدها لأننا في هذا السباق المستمر مع البكتيريا، حيث يمكن للبكتيريا تطوير مقاومة للمضادات الحيوية لدينا في الوقت الحقيقي.

مايلز أوبراين:

تطور البكتيريا مقاومة للمضادات الحيوية من خلال عملية تطور بسيطة. في أي عدوى، هناك الملايين من البكتيريا، وبعضها لديه طفرات تساعده على البقاء على قيد الحياة بعد تناول الدواء.

عند استخدام المضادات الحيوية، فإنها تقتل البكتيريا الضعيفة، لكن البكتيريا المقاومة تبقى على قيد الحياة وتتكاثر وتنتشر. وبمرور الوقت، تصبح هذه السلالات المقاومة هي المهيمنة، مما يجعل الأدوية أقل فعالية أو حتى عديمة الفائدة.

هناك نوع من هذه الحرب التي لا تنتهي أبدًا.

دكتور مليس أناهتار:

قطعاً.

مايلز أوبراين:

هذه الكائنات الحية الدقيقة هي — لن تتوقف عن العمل.

دكتور مليس أناهتار:

إنهم لا يستقيلون.

مايلز أوبراين:

لكن لا هي ولا زملائها هنا في معهد برود التابع لمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا وجامعة هارفارد.

تاريخيًا، للعثور على مضادات حيوية جديدة واختبارها، كان الباحثون يجمعون بعض الجزيئات المخزنة في مكتبة عميقة من المركبات ثم يطبقونها واحدة تلو الأخرى على العامل الممرض لمعرفة ما الذي يمكن أن يعيق نموه أو يقتله على الفور.

يدير المختبر مهندس الطب الحيوي جيم كولينز.

جيم كولينز:

إنها عملية شاقة. إنه نوع من البحث عن إبرة في كومة قش، وهي كومة قش باهظة الثمن.

مايلز أوبراين:

سيجدون جزيئًا واعدًا في أقل من 1 بالمائة من الوقت. أدخل الذكاء الاصطناعي. قام كولينز وفريقه بتدريب شبكة عصبية عميقة لتحليل التركيب الكيميائي للجزيئات.

جيم كولينز:

ورابطة تلو الأخرى، وبنية أساسية تلو الأخرى، مثل هذه العصي الكروية التي نتذكرها جميعًا من أيام الكيمياء في المدرسة الثانوية، يمكن أن تربط تلك الخصائص بكونها مضادة للبكتيريا أو غير مضادة للبكتيريا.

والآن تم تدريب النموذج بحيث يمكنك تغذية بنية مركبة جديدة، هذه الكرات والعصي، ويمكن للنموذج أن يحسب، هل يمكن أن يكون هذا مضادًا حيويًا جيدًا؟

مايلز أوبراين:

لقد طبقوا الذكاء الاصطناعي على مكتبة تضم 6000 مركب هنا في برود للعثور على جزيئات من شأنها أن تصنع مضادات حيوية فعالة، وليست سامة للخلايا البشرية، ولم يتم اكتشافها بعد.

جيم كولينز:

من بين الـ 6000، جزيء واحد فقط يفي بالمعايير الثلاثة، وهو جزيء نسميه الهاليسين. وتبين أن الهاليسين مضاد حيوي جديد قوي بشكل ملحوظ يقتل البكتيريا المقاومة للأدوية المتعددة والمقاومة للأدوية على نطاق واسع والمقاومة للبكتيريا من خلال آلية عمل جديدة.

مايلز أوبراين:

ثم قاموا بنشر الذكاء الاصطناعي والقدرة الحاسوبية لتوليد وفحص 70 مليار جزيء نظري لاختبار كيفية تصرفها.

في هذه الحالة، يقوم الذكاء الاصطناعي بشيء يفعله الكيميائي الحسابي أندرياس لوتنس بشكل حدسي، حيث يرى على الفور الجزيئات التي قد تعمل ضد مسببات الأمراض بناءً على كيفية اصطفاف الكرات والعصي.

أندرياس لوتنس، الكيميائي الحاسوبي:

عادةً ما أعمل باستخدام نظام الدلو و- أو نظام التسجيل. مثلًا، هناك أشياء أحبها حقًا، وأشياء أكرهها. لا، لا، لا، لا، لا، ربما، لا.

مايلز أوبراين:

هذا يشبه جزيء Tinder الصغير. أنت تقوم بالتمرير إلى اليمين، أليس كذلك؟

أندرياس لوتنس:

نعم. نعم، بالضبط، نعم.

مايلز أوبراين:

نعم.

أندرياس لوتنس:

إنه تطبيق مواعدة جزيئية. أنت تحاول العثور على المركبات التي تعجبك، ويمكنك المضي قدمًا بسرعة كبيرة في إجراءات الاختيار.

(ضحك)

مايلز أوبراين:

قد يكون سريعًا، لكنه لا يستطيع أن يضاهي حجم الآلة ومثابرتها.

أندرياس لوتنس:

اعتمادًا على كمية القهوة التي أتناولها، وكم من الوقت يمكنني البقاء مستيقظًا، لكنها ستهزمني في النهاية.

مايلز أوبراين:

وهو ما يعيدنا إلى ميليس أناهتار والعامل الممرض الذي تركز عليه، النيسرية البنية.

هذا هو مرض السيلان هناك، هاه؟

دكتور مليس أناهتار:

هذا هو مرض السيلان.

مايلز أوبراين:

رائع. تبدو سيئة.

دكتور مليس أناهتار:

إذن ترون هذه المستعمرات الصغيرة رمادية اللون.

مايلز أوبراين:

نعم.

إذا لم يتم علاج المرض الذي ينتقل عن طريق الاتصال الجنسي، فيمكن أن يتفاقم إلى مشاكل صحية خطيرة، وأحيانًا لا رجعة فيها. هذه البكتيريا مقاومة لكل شيء تقريبًا، وتتفوق على الأدوية الجديدة كل خمس سنوات تقريبًا.

يقترب المضاد الحيوي سيفترياكسون الموصوف حاليًا من نهاية فعاليته. إن العثور على شيء جديد وقوي يمثل مشكلة ملحة. قام نظام الذكاء الاصطناعي بفحص 45 مليون قطعة كيميائية من هذا الكون الشاسع. وتم استخدام البذور الكيميائية الواعدة لإنتاج سبعة ملايين مرشح إضافي.

وبعد عملية ترشيح صارمة، تم تصنيع اثنين من هذه المركبات الجديدة واختبارهما ضد البكتيريا الحقيقية في المختبر.

دكتور مليس أناهتار:

هل يقتل الحشرة فعلاً في المختبر؟ وهل لا يضر الخلايا البشرية؟ اللون الوردي يعني وجود نمو بكتيري، والأزرق يعني أن النمو تم تثبيطه. لذلك نريد أن نرى الكثير من اللون الأزرق.

مايلز أوبراين:

هذا يبدو وكأنه سباق منزلي هنا.

دكتور مليس أناهتار:

لذلك هذا واحد يبدو جيدا. هذا لم يكن ناجحا.

مايلز أوبراين:

أوه، ليست جيدة جدا، نعم.

وفي النهاية، كان هناك مركب جديد يقتل مرض السيلان المقاوم للأدوية دون التسبب في ضرر جسيم للخلايا البشرية.

دكتور مليس أناهتار:

لا يمكننا العثور على هذه المركبات المضادة للبكتيريا فحسب، بل إنها في الواقع تمنع أهدافًا جديدة. تم إنشاء هذا من الصفر بناءً على ما تعلمته من الجزيئات والأدوية الصغيرة الموجودة.

مايلز أوبراين:

وعلى الصعيد العالمي، تقتل العدوى المقاومة للأدوية أكثر من مليون شخص كل عام. وإذا لم يتغير شيء، يتوقع الخبراء أن يرتفع العدد بنسبة 50 بالمائة بحلول عام 2050.

فهل تتحرك المقاومة الآن بشكل أسرع من الأبحاث لمحاولة معالجتها؟

جيم كولينز:

وكانت المقاومة تتطور بشكل أسرع من البحث والتطوير الذي كان يجري. لكنني أعتقد أن هذا الضخ للذكاء الاصطناعي قد غيّر قواعد اللعبة الآن. لدينا الآن أدوات أدت إلى توسيع قدرتنا بشكل كبير على اكتشاف وتصميم مضادات حيوية جديدة.

مايلز أوبراين:

لن يؤدي أي من هذا إلى زيادة سرعة التجارب السريرية على البشر، ولا ينبغي له أن يفعل ذلك. ولا يفعل ذلك أي شيء لتحفيز شركات الأدوية الكبرى على تصنيع مضادات حيوية جديدة، والتي لا تدر أرباحًا كبيرة.

لكن الذكاء الاصطناعي قد يكون أحد السبل للبدء في إعادة شحن خط الأنابيب البالغ الأهمية الذي نضب.

في برنامج “PBS News Hour”، أنا مايلز أوبراين في كامبريدج، ماساتشوستس.