AI biến thuốc kháng sinh độc hại thành thuốc cứu người

Bệnh nhân mắc các bệnh nhiễm trùng do vi khuẩn nguy hiểm đã được tiên lượng xấu đi trong những năm gần đây khi các chủng vi khuẩn kháng kháng sinh lây lan và việc đưa ra các phương án điều trị mới bị hạn chế. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu tại Đại học Texas ở Austin cho rằng công cụ AI đang làm thay đổi cuộc chơi.

Claus Wilke, giáo sư sinh học tích hợp, thống kê và khoa học dữ liệu, đồng tác giả nghiên cứu cho rằng: “Chúng tôi nhận thấy các mô hình ngôn ngữ lớn là bước tiến lớn cho các ứng dụng học máy trong kỹ thuật protein và peptide. Nhiều trường hợp sử dụng các phương pháp cũ không khả thi, hiện bắt đầu phát huy hiệu quả. Tôi dự đoán các phương pháp này và các phương pháp tương tự sẽ được sử dụng rộng rãi để phát triển các liệu pháp hoặc thuốc trong tương lai”.

Ứng dụng AI trong phát triển thuốc

Các mô hình ngôn ngữ lớn hay LLM, ban đầu được thiết kế để tạo và khám phá các chuỗi văn bản, nhưng các nhà khoa học đang tìm ra những cách sáng tạo để áp dụng các mô hình này vào nhiều lĩnh vực khác. Ví dụ, giống như câu được tạo thành từ các chuỗi từ, protein là từ các chuỗi axit amin. LLM nhóm các từ có chung các thuộc tính (như mèo, chó và chuột) trong “không gian nhúng” (embedding space) với hàng nghìn chiều. Tương tự như vậy, các protein có chức năng tương tự, như khả năng chống lại vi khuẩn nguy hiểm mà không gây hại cho những người mang vi khuẩn đó, có thể nhóm lại với nhau trong phiên bản không gian nhúng AI riêng.

Davies, đồng tác giả nghiên cứu cho rằng: “Không gian chứa tất cả các phân tử là rất lớn. Máy học cho phép chúng tôi tìm ra các khu vực không gian hóa học có các đặc tính mà chúng tôi quan tâm và nó có thể thực hiện điều đó nhanh và kỹ lưỡng hơn nhiều so với các phương pháp tiếp cận phòng thí nghiệm riêng rẽ thông thường”.

Trong nghiên cứu này, các nhà khoa học đã sử dụng AI để xác định cách tái thiết kế một loại kháng sinh hiện có có tên là Protegrin-1, tiêu diệt vi khuẩn hiệu quả nhưng lại độc hại cho con người. Protegrin-1, được sản xuất tự nhiên bởi lợn để chống lại các bệnh nhiễm trùng, là một phần của phân nhóm kháng sinh có tên là peptide kháng khuẩn (AMP). AMP thường tiêu diệt vi khuẩn trực tiếp bằng cách phá vỡ màng tế bào, nhưng nhiều loại lại nhằm vào cả màng tế bào của vi khuẩn và người.

Đổi mới với AI để sản xuất kháng sinh an toàn hơn

Đầu tiên, các nhà nghiên cứu đã sử dụng một phương pháp thông lượng cao mà họ đã phát triển trước đó để tạo ra hơn 7.000 biến thể của Protegrin-1 và nhanh chóng xác định các khu vực của AMP có thể được sửa đổi mà không làm mất hoạt tính kháng sinh của nó.

Tiếp theo, họ đã đào tạo một LLM protein về những kết quả này để mô hình có thể đánh giá hàng triệu biến thể theo ba tính năng: nhắm mục tiêu có chọn lọc vào màng vi khuẩn, tiêu diệt vi khuẩn mạnh mẽ và không gây hại cho tế bào hồng cầu của con người để tìm ra những biến thể tốt nhất. Sau đó, mô hình đã giúp nhóm nghiên cứu xác định được một phiên bản Protegrin-1 an toàn, hiệu quả hơn, được gọi là Protegrin-1.2 chọn lọc vi khuẩn (bsPG-1.2).

Những con chuột bị nhiễm vi khuẩn kháng nhiều loại thuốc, được điều trị bằng bsPG-1.2 ít có khả năng phát hiện vi khuẩn trong các cơ quan của chúng sau sáu giờ bị nhiễm trùng, so với những con chuột không được điều trị. Nếu các thử nghiệm tiếp theo cho kết quả tích cực tương tự, các nhà nghiên cứu hy vọng sẽ đưa một phiên bản thuốc kháng sinh có sự hỗ trợ của AI vào thử nghiệm trên người.

Theo: vista.gov.vn