Umělá inteligence možná objevila zlatý důl antibiotik

TLDR verze: Strojové učení z MIT a Harvardu prošlo atomovou strukturu milionů látek. Mašina hledala léky efektivní vůči bakteriím, ale šetrné k lidem – a vybrala tak několik překvapivých kandidátů, kteří postoupili dalšímu studiu. Studie tu.

Hodný Skynet zase tu!

Strojový návrh léčiv začíná být hlavním trendem (aspoň v popině) roku 2020! Jenom ve spojení s novým koronavirem jsem o AI psal dvakrát, ale nové studie algoritmů stále furt přicházejí. Ta nejnovější působí na první i druhý pohled tak trochu jako okamžik, kdy Alexander Fleming objevil první antibiotikum! Tým vědátorů z MIT a Harvardu totiž pod vedením Jonathana M. Stokese totiž přišel s novým strojovým algoritmem navrženým na identifikaci nových antibiotik! A mašina už plodí ovoce!

Autoři poměrně trefně srovnávají dosavadní hledání antibiotik s archeology kopajícími do země. Občas se vaše sonda trefí a vy najdete vzácný artefakt – třeba vzácnou vázu z dynastie Ming! Ale častěji máte jenom bolavá záda, než štěstí na nový objev. Co kdybyste si tu vázu mohli detekovat ještě před tím, než kopnete do země?

Je to samozřejmě metafora kulhající na obě prostřelené nohy, v jádru pudla má však point. Dosavadní nejčastější hledání nových antibiotik spoléhalo na hledání látek v půdě (potažmo v bakteriích) či rostlinách. Ale moderní doba si žádá i moderní řešení! Moderní DNA knihovny tak už dříve otevřely již trochu komplexnější hledání antibiotik skrze šmejdění po genech, která by kýžená antibiotika mohla produkovat.

Ale ani to nezaručuje v konečném součtu štěstí. Není totiž jasné, nakolik bude podobná látka efektivní in vitro, anebo zdali nemá více negativních než pozitivních účinků. Chce se říct, že může existovat určitý důvod, proč jsme některá antibiotika doposud neobjevili. Můžou třeba vznikat v nějaké méně známé bakterii tak složitě a exoticky, že doposud zkrátka bylo příliš málo šancí, aby si výzkumníci dali dvě a dvě dohromady.

Umělá inteligence by však takový problém mít nemusela.

Lépe, výše, rychleji

Právě zde přichází novinka z dílny harvardoMITovského týmu. Jonathanův tým totiž naučil své strojové učení rozeznávat jak to, která léčiva jsou efektivní (a která nikoliv), tak rovněž, která léčiva jsou bezpečná pro lidi (a která nikoliv). Mašina následně z databáze milionů látek identifikovala několik zajímavých kandidátů na budoucí výzkum!

Jedním z nich je léčivo Halicin, doposud používané pro kurýrování diabetes. Následné experimenty ukázaly, že látka je nejenom překvapivě efektivní vůči modelové E. coli, ale i původcům tuberkulózy nebo zánětu prdele. Zdá se tedy, že na obzoru je skutečně pozoruhodný nástroj, kterým máme možná šanci snížit ztrátu v antibiotické rezistenci!

Něco podobného by ještě dekádu nazpět nebylo reálně možné. Ačkoliv Jonathanův tým není první, který osvítila idea poštelovat léky pomocí kompjůtrů, strojové učení nebylo ještě pár let nazpět dostatečně efektivní pro koumání chemie. Dílem za to mohli výzkumníci, zatímco starší mašiny totiž koumaly léky na základě textového popisu látek, teprve mašiny novější operují s kompletním popisem skrze distribuci atomů a  molekul.

Čelist si ze země ale nejspíše seberete až v okamžiku, kdy si uvědomíme, že metoda nemusí být nutně použita jenom pro antibiotika, ale i jiné léky na jiné léky. A že může relativně snadno prošmejdit obrovské chemické databáze. Jonathanovi vědátoři tak například proti původci tuberkulózy našli několik zajímavých kandidátů i mezi psychedeliky. Ty by přitom lidský výběr velmi pravděpodobně ignoroval.

ATB rezistence není hudbou budoucnosti – je to tu už dnes. Statista via Cassini et al.

Teprve začínáme

Budeme tedy cca. pozítří díky lékům objeveným umělou inteligencí léčit všechno od rýmy po smrt? Pokrok v in silico farmacii je rozhodně obrovský, ale ještě nečekejte zázraky. Pořád platí, že naše příslovečné vázy musejí být v databázi, aby je AI objevila. Žádné strojové učení nedovede hledat něco, na co nemá data. Chemičtí archeologové tak budou i nadále muset pro zcela nové látky prozkoumávat divočinu.

Stejně tak ovšem ani Fleming před 92 lety „nesestavil“ nové antibiotikum, ale „jenom“ si povšiml efektu u něčeho, co tu dávno už bylo. Pokud tak strojové učení bude schopné zvládat totéž, ale lépe a rychleji než lidé, mohlo by to být skutečně významným zvratem na poli výzkumu antibiotik jako takových!

Velmi výhledově navíc ani toto omezení nemusí nutně platit nafurt. Věštím teď sice z kávové sedliny, ale počítačový design léků časem nejspíše nabere také na obrátkách s tím, jak se zlepší naše chápání souvislostí mezi geny, produkovanými proteiny a třebas i kvantové počítače. Jednou si tak tu vázu namísto hrabání se v zemi budeme možná moct i vyrobit v podstatě šité na míru! Ačkoliv ještě tak daleko rozhodně nejsme, je velmi sympatické vidět, že pokrok tímto směrem kráčí i díky nové studii.

Dvousečný meč?

Na druhou stranu, tyhle medicínské vázy bude tvrdit oheň – a oheň může být dobrý sluha, ale špatný pán. Pokud v nynější práci vzali vědátoři algoritmy pro odfiltrování látek pozitivních pro lidi od těch negativních, je otázkou, jak dlouho bude trvat, než někoho napadne vzít metodiku z druhého konce. Je sice pravda, že pokud druhá polovina 20. století něco ukázala, pak nechuť velmocí různé ideologie spáchat kolektivní sebevraždu. Přesto si nejsem úplně jistý, nakolik je přicházející nová éra medicíny dobrou zprávou, pokud možná kráčí ruku v ruce s novou érou biologických zbraní.

Jasně, teď dělám trochu ďáblova advokáta, mírné znepokojení nad potenciálním zneužitím nové technologie je ale vždy na místě. Právě to je totiž první krok v zamezení takového scénáře. Možná ale, že vesmír nám ti jenom připomíná svoji zálibu v ironii – závody se zbrojení s antibiotickou rezistencí totiž možná vyhrajeme, ale spolu s tím můžou začít i zcela nové závody ve zbrojení starého ranku.

[LL]

Stran návrhu léčiv pomocí kvantových kompjůtrů taky něco ve videu tuna:

Vědátor vzniká v dílně spolku studentů a popularizátorů vědy UP Crowd za podpory MUDRstart, který tvoří přípravné testy pro studenty vysokých škol – podpořte i vy drobákem mojí snahu informovat o vědě věčně & vtipně a přispějte mi v kampani na Patreonu.A sledujte mojí snahu případně i na Facebooku či YouTube!

Napsat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *

Reklama