infa.lt

Dirbtinis intelektas kovoja su bakterijų imunitetu antibiotikams

Rusijos ITMO mokslininkai sukūrė atrankos platformą, padedančią nustatyti nanodaleles, kurios selektyviai toksiškos patogeninėms bakterijoms, bet saugios naudingiems mikroorganizmams.

Kaip teigiama medžiagoje, šis darbas bus naudingas medicinoje ir žemės ūkyje: jis padės kovoti su bakterinėmis infekcijomis, tokiomis kaip plaučių uždegimas, kurioms išsivystė atsparumas tradiciniams antibiotikams. Šiai problemai spręsti mokslininkai pasitelkė dirbtinio intelekto technologijas – mašininį mokymąsi ir generatyvinius algoritmus.

Antibiotikai naudojami kovai su bakterinėmis infekcijomis – jais gydomos žmonių ir gyvūnų ligos, kuriami vaistai ir vakcinos, apsaugomas medžių ir augalų derlius, pailginamas maisto produktų galiojimo laikas. Tačiau dažnas antibiotikų vartojimas sukelia atsparumą antibiotikams – bakterijos tampa atsparios tokiai profilaktikai ir ji tampa nebeveiksminga.

Viena iš antibiotikų alternatyvų galėtų būti nanodalelės, kurių pagrindą sudaro sidabro, aukso, cinko oksidas arba vario oksidas. Ši technologija turi privalumų ir trūkumų: nanodalelės gali slopinti antibiotikams atsparių bakterijų augimą ir naikinti infekciją, tačiau jos taip pat naikina naudingus mikroorganizmus, svarbius virškinimui ir imuninei sistemai.

Tradicinis nanomedžiagų sintezės ir bandymų metodas reikalauja daug laiko ir darbo, be to neleidžia nustatyti selektyvaus nanodalelių toksiškumo – gebėjimo naikinti tik kenksmingas bakterijas, nedarant poveikio naudingoms. Taip yra todėl, kad dar nežinoma, kaip susiję nanodalelių parametrai (forma, dydis ir sudėtis) ir jų selektyvaus toksiškumo savybės.

ITMO Chemijos ir biologijos klasterio mokslininkai pirmieji pasaulyje panaudojo dirbtinio intelekto ir mašininio mokymosi priemones, kad sukurtų platformą, skirtą selektyvaus toksiškumo nanodalelių, skirtų kovai su patogeninėmis bakterijomis, paieškai.

„Sukūrėme atrankos platformą, skirtą nanodalelėms, kurios selektyviai veikia kenksmingas bakterijas, pavyzdžiui, sukeliančias plaučių uždegimą, naikina jas, o naudingus mikroorganizmus palieka nepažeistus, nustatyti.

Šis metodas bus naudingas gydant visas antibiotikams atsparias infekcijas ir gali tapti nauju būdu kovoti su ligomis, kurių dabartiniai antibiotikai neįveikia. Šios nanodalelės galėtų būti naudojamos ir medicinoje, ir žemės ūkyje – jos galėtų apsaugoti pasėlius ir gyvulius nuo atsparių patogeninių infekcijų“, – aiškina pirmoji straipsnio autorė, ITMO universiteto SCAMT chemijos ir biologijos klasterio trečio kurso doktorantė Sussan Džiakhvo.

Siekdami sukurti atrankos platformą, ITMO mokslininkai surinko duomenų bazę, kurią sudaro apie 2 000 mėginių, aprašytų daugiau nei 70 mokslinių straipsnių. Į duomenų bazę buvo įtrauktos nanodalelių fizikinės ir cheminės savybės, bakterijų biocheminiai parametrai ir eksperimentų rezultatai.

Visa informacija buvo analizuojama taikant mašininį mokymąsi ir sukurtą genetinį algoritmą. Pastarasis pagrįstas natūralios atrankos ir genetikos principais: atrenkamos nanodalelės, sukryžiuojami jų parametrai, tokie kaip dydis, forma ir sudėtis, ir atrenkami optimalūs variantai.

Per vieną sekundę genetinis algoritmas atrinko daugiau kaip 500 pavyzdžių, iš kurių tinkamiausi išbandyti laboratoriniuose eksperimentuose.

Naudodami sukurtą platformą mokslininkai nustatė, kad vario oksido nanodalelės selektyviai naikina Staphylococcus aureus bakterijas, o cinko oksido nanodalelės – Klebsiella pneumoniae bakterijas. Abi nanomedžiagos palieka nepaliestas nepatogenines šieno lazdelių bakterijas Bacillus subtilis.

Ateityje ITMO mokslininkai planuoja atrinkti selektyviai toksiškas nanodaleles, kurias būtų galima derinti su antibiotikais ir padidinti jų klinikinį veiksmingumą kovojant su infekcijomis.

Be vaistų kūrimo, selektyvios nanomedžiagos potencialiai galėtų būti naudojamos ligų diagnostikai ir testų bei biojutiklių kūrimui. Ilgalaikėje perspektyvoje ši plėtra galėtų padidinti patogeninių bakterijų aptikimo greitį ir tikslumą tiek klinikiniuose pacientų mėginiuose, tiek maisto produktuose.

Tačiau tam mokslininkai dar turi ištirti selektyvių nanodalelių toksiškumą ir imunogeniškumą (gebėjimą sukelti imuninį atsaką) žmogaus ląstelėms in vitro ir in vivo bandymuose.

Parengta pagal medžiagą