Yapay Zeka, Bakterilere Karşı Yeni Antibiyotikler Geliştirdi
Geliştirilen bileşiklerin bazıları, özellikle bel soğukluğuna neden olan Neisseria gonorrhoeae ve “hastane mikrobu” olarak bilinen metisiline dirençli Staphylococcus aureus (MRSA) üzerinde güçlü etkiler gösterdi.
Yeni Antibiyotikler Geliştirmek İçin İki Farklı Yapay Zeka Yaklaşımı Kullanıldı
Araştırmada iki farklı yapay zeka yöntemi kullanıldı. İlk olarak, “parça tabanlı tasarım” yöntemiyle antibakteriyel etkisi olabilecek küçük kimyasal parçacıklar (fragmanlar) belirlendi. 45 milyon fragmandan oluşan büyük bir kütüphane, önceden eğitilmiş makine öğrenimi modelleri ile tarandı. İnsanlar için toksik olan veya mevcut antibiyotiklere benzer parçacıklar elenerek yaklaşık 1 milyon aday kaldı. Bu adaylardan birisi, yapay zeka algoritmalarıyla (CReM ve F-VAE) yeniden işlenerek milyonlarca yeni molekül oluşturuldu. Bunlardan biri, laboratuvar ve fare modellerinde ilaç dirençli gonoreyi etkili bir şekilde yok eden “NG1” olarak adlandırıldı.
İkinci yöntemde ise yapay zekâya herhangi bir parçacık kısıtlaması olmadan “serbest tasarım” yapması istendi. Bu süreçte CReM ve VAE algoritmaları ile 29 milyondan fazla teorik molekül üretildi. Filtrelenen adaylardan 90 tanesi seçilirken, bunların 22’si sentezlenmiş ve sentezlenenler arasında altısının MRSA üzerinde güçlü antibakteriyel aktivite gösterdiği gözlemlendi. “DN1” adlı molekül, farelerde cilt enfeksiyonlarını tedavi etmede başarılı oldu.
Ortaya çıkan moleküllerin en dikkat çekici yanı, bilinen antibiyotiklerden yapısal olarak tamamen farklı olmaları. Araştırmaya göre NG1, bakterilerin dış zarında görev yapan LptA adlı proteini hedef alarak zarın sentezini bozuyor. DN1 ise daha geniş etki mekanizmalarıyla zar bütünlüğünü bozar. Bu durum, bilinen antibiyotiklerin türevlerini üretmek yerine, yeni etki mekanizmaları ile ilaç geliştirme olasılığını ortaya koyuyor.
Yapay Zeka Sayesinde Yepyeni Antibiyotikler Ortaya Çıkabilir
MIT Biyomedikal Mühendislik Profesörü James Collins, çalışmanın önemini “Yapay zekayı yalnızca mevcut molekül kütüphanelerini taramak için değil, keşfedilmemiş kimyasal alanlarda yeni moleküller üretmek için kullanıyoruz. Bu, antibiyotik geliştirme açısından daha önce mümkün olmayan bir keşif alanı açıyor” diyerek ifade ediyor.
Sonuç olarak, bugüne kadar FDA tarafından onaylanan yeni antibiyotiklerin çoğu, mevcut olanların küçük varyasyonlarıydı. Şimdi yapay zekanın çok daha farklı alternatifler sunması büyük bir önem taşıyor. Uzmanlar, bakterilerin mevcut antibiyotiklere karşı giderek direnç kazandığına dikkat çekiyor ve yılda 5 milyondan fazla ölüme sebep olan bakterilere karşı etkili yeni antibiyotikler geliştirilmesinin gerekliliğinin altını çiziyor.
NG1 ve DN1 henüz klinik aşamada olmasa da ekip, bu molekülleri optimize etmek ve klinik öncesi testlere hazırlamak için çalışmalara başlamış durumda. Araştırmacılar, aynı platformu Mycobacterium tuberculosis (verem) ve Pseudomonas aeruginosa gibi diğer ölümcül bakterilere karşı da uygulamayı planlıyor.
