研究人員利用人工智能（AI）發(fā)現(xiàn)了一種強(qiáng)大的新型抗生素化合物，它可以殺死世界上一些最危險(xiǎn)的超級(jí)細(xì)菌。根據(jù)發(fā)表在《細(xì)胞》（Cell）雜志上的一項(xiàng)研究，這種化合物可以成功地清除小鼠體內(nèi)對(duì)所有已知抗生素都有耐藥性的超級(jí)細(xì)菌菌株。

由麻省理工學(xué)院的雷吉娜·巴茲萊和詹姆斯·柯林斯領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)科學(xué)家團(tuán)隊(duì)使用先進(jìn)的“機(jī)器學(xué)習(xí)”算法發(fā)現(xiàn)了這種抗生素，該技術(shù)掃描了一個(gè)化合物數(shù)據(jù)庫(kù)，以便在現(xiàn)有藥物范圍里找到可能通過(guò)不同機(jī)制有效殺滅細(xì)菌的化合物。

據(jù)研究人員介紹，這是機(jī)器學(xué)習(xí)（本質(zhì)上利用人工智能去提高自身完成特定任務(wù)能力的算法）首次用來(lái)尋找新的抗生素的一次嘗試。

來(lái)自麻省理工學(xué)院醫(yī)學(xué)工程與科學(xué)研究所（IMES）和生物工程系的柯林斯在一份聲明中說(shuō)：“我們想開(kāi)發(fā)一個(gè)平臺(tái)，讓我們能夠利用人工智能的力量，去迎接抗生素藥物發(fā)現(xiàn)的新時(shí)代?！薄拔覀兊姆椒ń沂玖诉@種神奇的分子，它可能是目前發(fā)現(xiàn)的最強(qiáng)大的抗生素中的一種?！?/p>

根據(jù)世界衛(wèi)生組織的說(shuō)法，細(xì)菌在設(shè)計(jì)用來(lái)殺死它們的藥物的作用下產(chǎn)生的抗藥性對(duì)全球人類(lèi)健康構(gòu)成了日益嚴(yán)重的威脅，這“需要政府部門(mén)和社會(huì)采取行動(dòng)”。

據(jù)美國(guó)疾控中心的數(shù)據(jù)顯示，美國(guó)每年約有280萬(wàn)人感染抗藥性超級(jí)病菌，導(dǎo)致超過(guò)35000人因此死亡。

如果再不采取措施解決這一問(wèn)題的話(huà)，聯(lián)合國(guó)估計(jì)到2050年，全球每年可能有1000萬(wàn)人死于對(duì)多種藥物耐藥的超級(jí)病菌。

這使得發(fā)現(xiàn)新的抗生素非常重要。然而，在最近幾十年很少有發(fā)展。這些藥物與現(xiàn)有的藥物非常相似。發(fā)現(xiàn)可能有效的化合物是一項(xiàng)成本高昂的工作，也是一個(gè)很漫長(zhǎng)的過(guò)程，這一事實(shí)無(wú)助于尋找新的抗生素。這些發(fā)現(xiàn)也傾向于只關(guān)注相對(duì)狹窄的化合物范圍。

這就有了機(jī)器學(xué)習(xí)的用武之地，它使研究人員能夠在相對(duì)較短的時(shí)間內(nèi)有效地識(shí)別出一種強(qiáng)大的抗菌新化合物。

麻省理工學(xué)院的雷吉娜·巴茲萊告訴《新聞周刊》：“我們使用機(jī)器學(xué)習(xí)這種人工智能技術(shù)來(lái)虛擬篩選化合物分子，以預(yù)測(cè)其抗菌性能?！蓖ǔ?，這種篩選是在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的，既昂貴又緩慢。另一方面，機(jī)器學(xué)習(xí)可以篩選出數(shù)以?xún)|計(jì)的化合物，以確定一些需要實(shí)驗(yàn)測(cè)試的潛在候選化合物。

她又說(shuō)：“這種方法的低成本使我們能夠探索巨大的化學(xué)空間，而只測(cè)試少許有效的化合物。這是人工智能首次被用于發(fā)現(xiàn)一種新的有效抗生素分子?！?/p>

首先，研究人員訓(xùn)練他們的機(jī)器學(xué)習(xí)算法來(lái)識(shí)別化學(xué)物質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的特征，這些化學(xué)物質(zhì)可以有效地消滅大腸桿菌。該算法經(jīng)過(guò)“訓(xùn)練”后，研究小組隨后使用它對(duì)另一個(gè)包含約6000種藥物化合物的數(shù)據(jù)進(jìn)行了梳理。

在梳理過(guò)程中，該算法識(shí)別出一種名為““哈利辛（halicin）”的有趣藥物——它是以利·庫(kù)布里克的科幻史詩(shī)《2001太空漫游》中臭名昭著的人工智能系統(tǒng)命名——此前科學(xué)家曾試圖用這種藥物作為糖尿病的潛在治療藥物。

根據(jù)其化學(xué)性質(zhì)，機(jī)器學(xué)習(xí)預(yù)測(cè)這種化合物將作為一種有效的抗生素，更為關(guān)鍵的是，它將通過(guò)不同于當(dāng)前可用的抗菌藥物的機(jī)制發(fā)揮作用。進(jìn)一步分析又得出，這種藥物也可能對(duì)人體細(xì)胞無(wú)毒。

之后，研究人員決定評(píng)估這種藥物在實(shí)驗(yàn)室治療抗生素感染的效果。首先，他們?cè)谂囵B(yǎng)皿中培養(yǎng)細(xì)菌——包括對(duì)多種藥物耐藥的細(xì)菌——發(fā)現(xiàn)這種化合物對(duì)所有測(cè)試的細(xì)菌都有效，只有一個(gè)特別難以殺死的病原體除外。

隨后，科學(xué)家們使用了哈利辛（halicin）去治療感染了一種對(duì)所有已知抗生素都有耐藥性的鮑曼尼氏桿菌的小鼠。有趣的是，這種化合物能夠在24小時(shí)內(nèi)完全消除感染。

根據(jù)研究小組的說(shuō)法，哈利辛（halicin）特別有效果，因?yàn)樗峭ㄟ^(guò)生物機(jī)制起作用的，這可能會(huì)讓細(xì)菌很難產(chǎn)生抗藥性。事實(shí)上，研究人員也發(fā)現(xiàn)，在30天的治療過(guò)程中，大腸桿菌并沒(méi)有對(duì)哈利辛（halicin）產(chǎn)生耐藥性。

研究小組表示，下一步是深入研究哈利辛（halicin），并尋求與可能有助于開(kāi)發(fā)用于人類(lèi)藥物的組織建立合作關(guān)系。此外，在這項(xiàng)研究中，哈利辛（halicin）并不是唯一被發(fā)現(xiàn)的有效抗生素。

研究人員還利用他們的機(jī)器學(xué)習(xí)算法掃描了一個(gè)名為ZINC15的龐大在線(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)中的大約1億種化合物，該數(shù)據(jù)庫(kù)總共包含約15億種化合物物質(zhì)。掃描結(jié)果顯示，在三天的時(shí)間里，又有23名很有希望的“候選人”被發(fā)現(xiàn)。隨后的實(shí)驗(yàn)室測(cè)試顯示，其中8種化合物可以起到抗生素的作用。

現(xiàn)在科學(xué)家們計(jì)劃對(duì)這些化合物進(jìn)行更多的研究，同時(shí)也對(duì)ZINC15數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行進(jìn)一步的掃描。此外，他們還希望最新的研究能夠使科學(xué)家們從頭開(kāi)始設(shè)計(jì)新的抗生素或改進(jìn)現(xiàn)有的化合物做抗生素。

以色列理工學(xué)院（Israel Institute of Technology）的生物學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)教授羅伊·基松尼（Roy Kishony）在一份聲明中說(shuō)，“這項(xiàng)開(kāi)創(chuàng)性的工作標(biāo)志著發(fā)現(xiàn)抗生素乃至更廣泛意義上的發(fā)現(xiàn)藥物的范式轉(zhuǎn)變。”“這種方法將允許在抗生素開(kāi)發(fā)的所有階段中使用機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，從發(fā)現(xiàn)到通過(guò)藥物修飾和藥物化學(xué)來(lái)提高療效和減少藥物毒性?！?/p>