Technologia oparta na sztucznej inteligencji przyspiesza odkrywanie nowych kandydatów na leki na gruźlicę

Technologia oparta na sztucznej inteligencji przyspiesza odkrywanie nowych kandydatów na leki na gruźlicę

Gruźlica jest poważnym globalnym zagrożeniem dla zdrowia, które w 2022 r. zainfekowało ponad 10 milionów ludzi. W powietrzu i w płucach patogen wywołujący gruźlicę powoduje przewlekły kaszel, ból w klatce piersiowej, zmęczenie, gorączkę i utratę wagi. Podczas gdy w innych częściach świata infekcje są bardziej rozległe, poważna epidemia gruźlicy w Kansas spowodowała dwie ofiary śmiertelne i stała się jedną z największych w Stanach Zjednoczonych.

Chociaż gruźlicę leczy się zazwyczaj antybiotykami, wzrost liczby szczepów lekoopornych doprowadził do pilnego zapotrzebowania na nowych kandydatów na leki.

Nowe badanie opublikowane w czasopiśmie „Postępowanie Narodowej Akademii NaukOpisuje nowatorskie wykorzystanie sztucznej inteligencji do wyszukiwania potencjalnych związków przeciwdrobnoustrojowych, które można by opracować w postaci nowych leków na gruźlicę. Badanie prowadzili naukowcy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego, Linnaeus Bioscience Inc. i Centrum Globalnych Badań nad Chorób Zakaźnych w Instytucie Badań Dziecięcych w Seattle.

Linnaeus Bioscience to firma biotechnologiczna z siedzibą w San Diego, założona w oparciu o technologię opracowaną w Laboratoriach Nauk Biologicznych Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego przez profesora Joe Pogliano i Deana Kita Pogliano. Metoda BCP (Bacterial Cytological Profiling) zapewnia skrót do zrozumienia działania antybiotyków poprzez szybkie określenie mechanizmów leżących u ich podstaw.

Znalezienie nowych docelowych leków przeciwgruźliczych przy użyciu tradycyjnych metod laboratoryjnych okazało się w przeszłości pracochłonne i czasochłonne, częściowo ze względu na trudności w zrozumieniu działania nowych lekówMycobacterium tuberculosisbakteria wywołująca chorobę.

NowyPNAW badaniu opisano rozwój „MycOBCP”, technologii nowej generacji opracowanej przy wsparciu finansowym Fundacji Gatesów. Nowa metoda dostosowuje BCP do głębokiego uczenia się – rodzaju sztucznej inteligencji wykorzystującej sieci neuronowe przypominające mózg – aby przezwyciężyć tradycyjne wyzwania i otworzyć nowe perspektywyMycobacterium tuberculosiskomórki.

To pierwszy raz, kiedy tego typu analiza obrazu wykorzystująca uczenie maszynowe i sztuczną inteligencję została zastosowana w ten sposób do bakterii. Obrazy gruźlicy są z natury trudne do zinterpretowania ludzkim okiem i tradycyjnymi pomiarami laboratoryjnymi. Uczenie maszynowe jest znacznie bardziej czułe, jeśli chodzi o wychwytywanie różnic w kształtach i wzorach, które są ważne dla odkrycia leżących u ich podstaw mechanizmów. „

Joe Pogliano, współautor pracy, profesor w Zakładzie Biologii Molekularnej

W ciągu dwóch lat prac nad technologią główni autorzy Diana Quach i Joseph Sugie ukształtowali technologię MycobCP poprzez szkolenie w Wydziale Bioinżynierii KI Shu Chien-Gene Lay i odbyli staże podoktorskie w Laboratoriach Pogliano na Wydziale Biologii Molekularnej.

„Komórki gruźlicy są zbite i zawsze wydają się trzymać blisko siebie, więc określenie granic komórek nie wydawało się możliwe” – powiedział Sugie, dyrektor ds. technologii w Linnaeus Bioscience. „Zamiast tego od razu przystąpiliśmy do analizy przez komputer wzorców na obrazach”.

Linnaeus połączył siły z ekspertką od gruźlicy Tanyą Parish z Instytutu Badań nad Dzieciątkiem w Seattle, aby opracować BCP dla prątków. Nowy system znacznie przyspieszył już możliwości zespołu w zakresie badań nad gruźlicą i pomógł zidentyfikować optymalne związki kandydujące do opracowania leków.

„Kluczową częścią opracowywania nowych kandydatów na leki jest zdefiniowanie ich działania, co stanowi wyzwanie techniczne i wymaga czasu” – stwierdził Parish, współautor badania. „Ta technologia rozszerza i przyspiesza nasze możliwości w tym zakresie, pozwalając nam ustalić priorytety cząsteczek, nad którymi należy pracować, w oparciu o ich działanieM. Gruźlica. „

Oddziały biotechnologiczne Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego odpowiadają na globalne wyzwania zdrowotne

Linnaeus Bioscience został opracowany w 2012 roku na Uniwersytecie Kalifornijskim w San Diego i miał zmienić oblicze działania antybiotyków.

„Opracowaliśmy profilowanie cytologiczne bakterii, co pozwoliło nam spojrzeć na komórki bakteryjne w nowy sposób” – powiedział Joe Pogliano. „To nam pozwoliłoNaprawdę zobaczJak komórki radzą sobie z leczeniem antybiotykami, abyśmy mogli zinterpretować leżące u ich podstaw mechanizmy. Opisujemy tę metodę jako równoważną wykonaniu sekcji zwłok w komórce bakteryjnej. „

Założenie firmy Linnaeus Bioscience w regionalnym centrum biotechnologii w San Diego umożliwiło Joe i Kitowi Pogliano wprowadzenie technologii BCP na rynek, na którym inne firmy mogły mieć do niej dostęp. Firma otrzymuje obecnie próbki z całego świata w celu szybkiej analizy i identyfikacji nowych kandydatów na leki bakteryjne.

Pogliano wyraża uznanie dla społeczności biotechnologicznej, zwłaszcza początkowej siedziby firmy, czyli inkubatora JLABS w San Diego, za wspieranie firm biotechnologicznych na wczesnym etapie rozwoju, co ma kluczowe znaczenie dla rozwoju i sukcesu firmy.

„Nie bylibyśmy w stanie uruchomić Linnaeus Bioscience, gdyby nie wspierająca społeczność biotechnologiczna i infrastruktura zapewniona w ramach JLABS” – powiedział Pogliano. „Wszyscy pracownicy Linnaeusa otrzymali stopnie doktora na Uniwersytecie Kalifornijskim w San Diego.

Oprócz Quacha, Pogliano i Sugie z gazetą współpracują Marc Sharp, Sara Ahmed, Lauren Ames, Amala Bhagwat, Aditi Deshpande i Tanya Parish.

Źródła: