《细胞》：MIT研究者用AI发明白超强抗生素 也许是史上最强之一

而且在动物尝试中，它尚有用破除了两种差异小鼠模子的细菌传染。

“我们想开拓一个平台, 让我们操作人工智能开启一个抗生素药物发明的新期间”，论文通信作者、麻省理工学院医学工程和科学系传授 James J. Collins 说,“我们的要领显现了这种神奇的分子，它也许是今朝发明的最强盛的抗生素之一。”

研究职员通过计较机深度进修体系成立的模子，可以在几天内筛选高出 1 亿个化合物，从而挑选出差异于现有药物杀死细菌机制的隐藏抗生素。

除了发明全新可针对多种超等耐药菌的抗生素外，研究职员还发明白其他几种有前程的候选抗生素，他们打算进一步测试。研究职员信托这个模子也可以用来计划新药，基于他们对化学布局的相识，使药物可以或许杀死细菌。

药物发明新期间

传统筛选新抗生素的要领本钱奋发，不只必要大量的时刻投入，并且凡是范围于化学多样性的狭小范畴，在已往的几十年里，很少有新的抗生素被开拓出来，并且大大都新核准的抗生素是现有药物的轻微差异的变体。

“我们正面对着抗生素耐药性方面的日益严峻的危急，这种环境是由越来越多的病原体对现有抗生素发生耐药性，以及生物技能和制药行业对新抗生素的供给不敷造成的。”Collins 暗示。

传统的药物筛选模子还不足准确，分子被暗示为反应存在或不存在某些化学基团的载体，无法改变药物发明的方法。然而，新的神经收集可以自动进修这些表征，将分子映射成持续的向量，然后用来猜测它们的性子。

James J. Collins 学术大数据，扫描辨认图中二维码查察详情（来历：AMiner）

Collins 在此之前已经开拓出了可以实习说明化合物的分子布局和关联它们与特定特性的呆板进修计较机模子。

在此基本上，研究职员计划了探求使分子有用杀死大肠杆菌的化学特性的全新模子。为了做到这一点，他们对模子举办了约 2500 个分子的实习，包罗约 1700 种 FDA 已经核准的药物和 800 种差异布局和具有普及生物活性的自然产品。

用于抗生素筛选的呆板进修模子

一旦这个模子被实习好，研究职员就在麻省理工学院和哈佛大学 Broad 研究所的药物再操作中心 (Drug repurhub) 对它们举办测试。

最终，该模子挑选出一种被猜测具有强盛抗菌活性的分子，其化学布局与现有的任何抗生素都差异。研究职员还通过另一种呆板进修模子发明，这种分子也许对人体细胞有低毒性。

按照《2001 太空周游》(2001:A Space Odyssey) 中虚拟的人工智能体系，研究职员抉择将这种分子定名为 Halicin。

之后，研究职员对从病人身上疏散出来的几十种菌株举办了测试。通过尝试室作育皿中的作育，研究职员发明该隐藏药物可以或许杀死很多对治疗发生抗药性的细菌，包罗艰巨梭菌、鲍曼不动杆菌和结核分枝杆菌。除了一种铜绿假单胞菌 (Pseudomonas aeruginosa) 外，这种隐藏药物对所测试的全部耐药细菌都示意出了明显结果。

为了在活体动物身上测试 halicin 的有用性，研究职员用它来治疗传染了鲍曼尼氏杆菌的老鼠，这种细菌此前已经传染了很多驻扎在伊拉克和阿富汗的美军士兵，并且鲍曼尼氏杆菌对全部已知的抗生素都有耐药性，但行使 halicin 的治疗后，细菌传染在 24 小时内完全消散。

Halicin 在小鼠传染模子中表现出明显结果

进一步研究表白，新药 halicin 通过粉碎细菌在细胞膜上维持电化学梯度的手段来杀死细菌。个中，电化学梯度是发生 ATP（细胞用来储存能量的分子）所必须的，以是假如梯度被冲破，细胞就会衰亡。研究职员们也提到，重塑电化学梯度的进程很是伟大，不是简朴的几个突变就能完成的，因此这也最洪流平上杜绝了耐药性的发生。

“当你处理赏罚一个也许与膜因素相干的分子时，一个细胞不必然会得到一个或两个突变来改变外膜的化学性子。从进化的角度来看，这样的突变要伟大得多，”论文第一作者、麻省理工学院和哈佛大学 Broad 研究所博士后 Jonathan Stokes 说。

另外，在这项研究中研究职员还发明，在 30 天的治疗时代，大肠杆菌没有发生任何抗药性。对比之下，细菌在 1 – 3 天内开始反抗生素环丙沙星发生耐药性，30 天后，细菌对环丙沙星的耐药性是尝试开始时的 200 倍阁下。

研究职员还打算与制药公司或非营利组织相助，对 Halicin 举办进一步研究，以期开拓出用于人类的药物。

发明更多隐藏药物

在确定了 Halicin 之后，研究职员还行使他们的模子在 ZINC15 数据库（ZINC15 是一个在线网络约 15 亿个化合物的数据库）中筛选了 1 亿多个分子。

这一筛选仅用了三天时刻，就确定了 23 种候选抗生素药物，它们在布局上与现有抗生素都差异，并且对人体细胞无毒。

在对五种细菌的尝试室测试中，研究职员发明个中八种候选抗生素分子表现出抗菌活性，个中两种出格强。研究职员此刻打算进一步测试这些分子，同时筛选更多的 ZINC15 数据库里的化合物。

从海量化学库中猜测新的抗生素候选者

研究职员还打算操作他们的模子计划全新的抗生素，并优化现有的分子。譬喻，他们可以实习模子增进一些特征，使特定的抗生素只针对特定的细菌，防备它杀死病人消化道中的有益细菌。

以色列理工学院生物学和计较机科学传授罗伊·基肖尼（Roy Kishony）说，这项打破性的研究是抗生素药物研发的一个符号性改变，有望进步我们发明新型抗生素的服从，给我们带来更多抗击超等细菌的兵器。

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（编辑：湖南网）

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