Inteligența artificială și descoperirea medicamentelor pentru infecții
Streptococcus pneumoniae este un patogen bacterian care provoacă infecții severe, inclusiv pneumonie și meningită.
Aceste infecții sunt tratate de obicei cu antibiotice, însă eficiența acestora împotriva S. pneumoniae scade în timp din cauza modificărilor suferite de patogen, care duc la rezistență la medicamente. Acest fenomen, denumit rezistență antimicrobiană, generează costuri semnificative în sistemul de sănătate și provoacă decese la nivel global.
Într-un nou studiu publicat de Wiley în Advanced Science, cercetătorii au folosit inteligența artificială (IA) pentru a identifica medicamente deja aprobate care ar putea fi eficiente împotriva S. pneumoniae.
Repurposing-ul de medicamente, adică utilizarea medicamentelor cu profile de siguranță cunoscute pentru alte scopuri, economisește timp și costuri, reducând riscurile. Acest proces devine și mai eficient prin utilizarea strategiilor computaționale pentru a selecta candidați promițători. IA a fost utilizată pentru a prezice medicamente pentru repurposing împotriva altor patogeni de pe lista de priorități a Organizației Mondiale a Sănătății (OMS) pentru dezvoltarea antibioticelor. Recent, cercetătorii au aplicat abordări de învățare îmbunătățite și modele diverse pentru a examina o bibliotecă de medicamente împotriva S. pneumoniae, un alt obiectiv prioritar al OMS în domeniul rezistenței antimicrobiene.
Folosind un set de date cu molecule active împotriva S. pneumoniae și un set de date mai mare cu molecule inactive împotriva altor bacterii rezistente la medicamente, oamenii de știință au antrenat trei algoritmi de învățare diferiți: ansambluri de arbori de decizie, ansambluri de rețele neuronale grafice și ansambluri de transformatoare bazate pe secvențe (fiecare antrenat anterior cu sute de milioane de molecule). Aceste modele IA au fost folosite pentru a testa aproape 7.000 de medicamente candidate pentru inhibarea S. pneumoniae.
Dintre cele aproape 7.000 de candidați, 11 au fost selectați pentru validare experimentală. Nouă dintre compuși au reușit să inhibe creșterea S. pneumoniae. Unul dintre cele două medicamente repurposed cele mai eficiente a fost eficace chiar și împotriva tulpinilor rezistente la medicamente de S. pneumoniae. Autorii au menționat că utilizarea celor trei modele IA diverse s-a completat reciproc în selecția medicamentelor candidate, făcându-le mai eficiente împreună decât individual.
Aceste descoperiri subliniază beneficiile utilizării modelelor IA pentru identificarea de medicamente noi și selectarea rațională a medicamentelor cu cel mai mare potențial pentru repurposing. Într-un domeniu precum rezistența antimicrobiană, unde există o nevoie urgentă de compuși eficace, repurposing-ul computațional al medicamentelor ghidat de IA reprezintă o strategie eficientă și accesibilă, cu rezultate demonstrate.
„Repurposing-ul de medicamente ghidat de IA a devenit o strategie puternică pentru combaterea rezistenței antimicrobiene, în special pentru patogenii pentru care sunt deja cunoscute unele molecule active și pot fi utilizate ca set de date pentru antrenare sau ajustare”, a declarat Pedro J. Ballester, autor senior și profesor asociat la Imperial College London și Fellow al Royal Society, Regatul Unit.
