Umjetna inteligencija je po prvi put u više od šest desetljeća otkrila novi antibiotik, što predstavlja iznimno značajan iskorak u borbi protiv otpornosti na antibiotike, poznatoj i kao antimikrobna otpornost. Otkriće je rezultat zajedničkog rada istraživača s Massachusetts Institute of Technology (MIT), Harvarda i Broad Instituta te donosi novu nadu u liječenju infekcija uzrokovanih bakterijom Staphylococcus aureus, uključujući i opasni meticilin-rezistentni soj (MRSA).
Antimikrobna otpornost je globalni problem i prijetnja javnom zdravlju koja uzrokuje milijune smrti godišnje, a očekuje se da bi do 2050. mogla uzrokovati i do deset milijuna smrti godišnje. Sve veći broj bakterija postaje otporan na postojeće antibiotike, zbog čega su stručnjaci diljem svijeta intenzivirali potragu za novim rješenjima. Prema izvješću The Review on Antimicrobial Resistance, antimikrobna otpornost već sada značajno povećava broj smrtnih slučajeva uzrokovanih bakterijskim infekcijama diljem svijeta.
Prema studiji objavljenoj u medicinskom časopisu The Lancet, u 2019. godini zabilježeno je 4,95 milijuna smrti povezanih s antimikrobnom otpornošću, dok je čak 1,27 milijuna ljudi izravno umrlo zbog ovih infekcija. U Sjedinjenim Američkim Državama godišnje se prijavi preko 2,8 milijuna infekcija otpornih na antimikrobne lijekove, s procijenjenih 35.000 smrtnih slučajeva, prema podacima američkog Centra za kontrolu i prevenciju bolesti (CDC).
Antibiotici su lijekovi koji uništavaju ili zaustavljaju rast bakterija, no njihova prekomjerna i nepravilna upotreba ubrzala je razvoj antimikrobne otpornosti. Prema izvješću Svjetske zdravstvene organizacije, stope rezistencije na meticilin kod Staphylococcus aureus u pojedinim državama dosežu i 35%, dok je otpornost na cefalosporine treće generacije kod Escherichia coli iznad 40%.
Bakterija staphylococcus uzrokuje širok spektar infekcija – od blagih kožnih infekcija do ozbiljnih, životno ugrožavajućih stanja poput sepse i upale pluća. Problem je osobito izražen kod MRSA sojeva, na koje dosadašnji antibiotici sve slabije djeluju. Prema podacima Instituta za zdravstvene metrike i evaluaciju, MRSA je 2019. godine bio odgovoran za više od 120.000 smrti širom svijeta.
Umjetna inteligencija je sada preuzela ključnu ulogu u pronalasku novih rješenja. Znanstvenici su razvili sustav temeljen na grafičkim neuronskim mrežama, posebno dizajniran za analizu kemijskih struktura i predviđanje njihovih bioloških učinaka. Ovakav pristup omogućuje prepoznavanje potencijalno učinkovitih molekula na način koji je dosad bio nemoguć tradicionalnim metodama.
U okviru ovog istraživanja, analizirano je više od 39.300 spojeva u potrazi za onima koji mogu inhibirati rast meticilin-osjetljivih sojeva staphylococcus. Odabranih 512 spojeva pokazalo je antibakterijsko djelovanje, no istodobno je provjeravana i njihova sigurnost po ljudske stanice, uključujući jetrene i plućne stanice te primarne stanice skeletnih mišića.
Korištenjem umjetne inteligencije, istraživači su uspjeli izdvojiti 306 spojeva koji nisu pokazivali citotoksičnost prema testiranim ljudskim stanicama. Potom su ponovno trenirali modele na četiri različita skupa podataka kako bi što preciznije predvidjeli antibakterijsku učinkovitost i sigurnost spojeva. Time je stvoren temelj za daljnje ispitivanje više od 12 milijuna molekula iz velikih baza podataka, među kojima su i one dostupne za kupnju putem Mcule platforme.
Nakon rigorozne selekcije, 283 spoja su prošla u daljnja laboratorijska ispitivanja protiv MRSA, gdje su istraživači identificirali dvije kemijske klase spojeva koje su potom testirane i na životinjskim modelima. Jedan od spojeva pokazao je visoku selektivnost, sposobnost prevladavanja otpornosti, te povoljne kemijske i sigurnosne karakteristike, čime je potvrđena učinkovitost nove skupine antibiotika protiv staphylococcus infekcija.
Umjetna inteligencija time pokazuje svoju neprocjenjivu vrijednost u ubrzavanju i poboljšanju procesa otkrića novih antibiotika. Tradicionalne metode pretrage zahtijevaju godine i velike resurse, dok umjetna inteligencija omogućuje brzu analizu i selekciju velikih kemijskih biblioteka, što izravno utječe na uspješnost i sigurnost procesa razvoja lijekova.
Jedan od glavnih razloga zašto je razvoj novih antibiotika bio usporen tijekom posljednjih desetljeća jest nedostatak financijske isplativosti za farmaceutsku industriju, zbog čega se ulaganja sve više usmjeravaju na razvoj lijekova za kronične bolesti. No, s pojavom umjetne inteligencije i njezine sposobnosti analize kompleksnih kemijskih interakcija, očekuje se obnova interesa za razvoj antibiotika te brži pronalazak novih učinkovitih spojeva protiv opasnih bakterija poput staphylococcus.
Antimikrobna otpornost se javlja i zbog prečeste upotrebe antibiotika u veterini, posebno u industriji uzgoja svinja i goveda. U mnogim slučajevima antibiotici se koriste preventivno u stočnoj hrani, što dodatno potiče razvoj rezistentnih bakterijskih sojeva. Prema istraživanju objavljenom u časopisu Public Health Reports, visoki postotak svinja i goveda u SAD-u prima antibiotike u raznim fazama uzgoja, što predstavlja značajan izvor širenja antimikrobne otpornosti.
Novi antibiotici dobiveni pomoću umjetne inteligencije mogli bi promijeniti tijek borbe protiv opasnih infekcija. Razvijena kemijska klasa spojeva učinkovito djeluje na bakteriju staphylococcus te nudi mogućnost liječenja infekcija koje više ne reagiraju na dosadašnje antibiotike. Prvi testovi na životinjama pokazuju uspjeh kako kod lokalnog, tako i kod sistemskog liječenja MRSA infekcija, što je važan korak prema mogućem korištenju u ljudskoj medicini.
Važno je naglasiti kako razvoj novih antibiotika ne može samostalno riješiti problem antimikrobne otpornosti. Uz razvoj novih lijekova, nužna je edukacija i odgovorna uporaba antibiotika u ljudskoj i veterinarskoj medicini, kontrola propisivanja te smanjenje nepotrebne upotrebe kako bi se spriječilo stvaranje novih otpornih sojeva bakterija staphylococcus.
Kombinacija umjetne inteligencije i suvremenih znanstvenih metoda otvara novu eru u borbi protiv bakterijskih infekcija. Zahvaljujući napretku u području strojnog učenja i kemijske analize, istraživači sada mogu identificirati učinkovite spojeve daleko brže i preciznije nego ikada prije. Otkriveni antibiotik nije samo simbol znanstvenog napretka, već i dokaz kako umjetna inteligencija može izravno pridonijeti očuvanju ljudskog zdravlja na globalnoj razini, osobito kada je riječ o bakterijama kao što je staphylococcus.
Sve ove aktivnosti odvijaju se pod strogim etičkim i znanstvenim nadzorom, a suradnja međunarodnih znanstvenih institucija omogućuje širenje znanja i resursa u borbi protiv rastućeg problema. Novi antibiotici, osobito oni razvijeni uz pomoć umjetne inteligencije, potencijalno predstavljaju prekretnicu u globalnoj borbi protiv smrtonosnih bakterija poput staphylococcus, ali i općenito protiv bakterijskih infekcija koje prijete suvremenoj medicini.
