Mỹ: Tạo ra thuốc kháng sinh nhờ trí tuệ nhân tạo

Theo The Guardian, thuốc kháng sinh đã cho nhân loại cơ hội điều trị một số bệnh nguy hiểm. Tuy nhiên, vi khuẩn nhanh chóng phát triển sức đề kháng, vì vậy nhiều loại thuốc hiện có đã không hiệu quả. Trong khi đó, khả năng tạo kháng sinh mới còn hạn chế

Tuy nhiên, mới đây, sử dụng một thuật toán học máy đặc biệt, Các nhà nghiên cứu tại Viện Công nghệ Massachusetts (MIT, Mỹ) đã sử dụng trí thông minh nhân tạo (AI) để phát triển một hợp chất kháng sinh mới có thể tiêu diệt ngay cả một số chủng vi khuẩn kháng kháng sinh, bao gồm cả tác nhân gây bệnh lao.

Hợp chất được đặt tên là Halicin – để vinh danh Hal – trí thông minh nhân tạo từ bộ phim “2001: A Space Odyssey”. Halicin đã được chứng minh hiệu quả trong điều trị những con chuột bị bệnh kháng nhiều thuốc trong phòng thí nghiệm.

Sau 3 ngày tìm kiếm, thuật toán đã cung cấp cho các nhà khoa học một danh sách 23 hợp chất khác, tuy nhiên việc xác minh chúng chưa được hoàn thành.

Các nhà nghiên cứu đã tạo ra một mô hình máy tính gồm hàng triệu hợp chất hóa học và sử dụng AI để chọn ra những loại có thể là kháng sinh hiệu quả, sau đó chọn một hợp chất cụ thể để thử nghiệm. Kết quả cho thấy hợp chất này có hiệu quả chống lại vi khuẩn E.coli và các vi khuẩn khác trong mô hình chuột.

Các nhà nghiên cứu đã tạo trên mô hình máy tính hơn 2.500 phân tử hiện có, để tạo thành 6.000 hợp chất có thể tiêu diệt vi khuẩn E.coli. Mô hình đã xác định một mẫu cụ thể có tiềm năng. Khi các nhà nghiên cứu thử nghiệm trong phòng thí nghiệm, họ phát hiện ra nó cũng có thể tiêu diệt các vi khuẩn kháng thuốc khác như Clostridium difficile, Acinetobacter baumannii và Mycobacterium tuberculosis.

Chỉ trong vài giờ, thuật toán đã xác định được một số chất ứng viên. Một trong số đó là một loại thuốc thất bại trong điều trị bệnh tiểu đường vì kết quả tiền lâm sàng kém, nhưng các nhà phát triển lúc đó thậm chí không coi đó là thuốc kháng sinh. Các nhà khoa học đặt tên cho loại thuốc này là Halisin . Về cấu trúc, hợp chất này không giống với bất kỳ loại kháng sinh nào đã biết.

Các thí nghiệm đã xác nhận rằng Halicin có thể tiêu diệt một loạt vi sinh vật kháng thuốc, bao gồm cả mầm bệnh lao Mycobacterium tuberculosis và các chủng vi khuẩn kháng kháng sinh mới nhất của họ Enterobacteriaceae. Ngoài ra, thuốc trong phòng thí nghiệm đã chữa chuột khỏi Clostridium difficile và Acinetobacter baumannii với khả năng kháng đa kháng thuốc.

James Collins, một nhà nghiên cứu sinh học của MIT khẳng định đây là một trong những loại kháng sinh mạnh nhất đã được phát hiện cho đến nay. Nó có hoạt tính rất cao chống lại một loạt các mầm bệnh kháng kháng sinh. Hơn nữa, đối với tế bào người, nó không độc hại.

Kết quả chỉ ra, hợp chất này đánh bại nhiều chủng vi khuẩn từng có “lịch sử” kháng thuốc mạnh như Clostridium difficile (gây bệnh viêm đại tràng giả mạc), Acinetobacter baumannii (vi khuẩn đa kháng thuốc, gây nhiễm khuẩn bệnh viện đáng báo động) và Mycobacterium tuberculosis (vi khuẩn lao).

Kể từ khi penicillin ra đời, các loại kháng sinh đã trở thành những “trụ cột” của y sinh hiện đại. Tuy nhiên, trong những năm gần đây, hiệu quả của kháng sinh đã giảm đi nhiều do tác hại của thói quen dùng quá liều khiến vi khuẩn sản sinh ra khả năng kháng thuốc.

Lần đầu tiên trong lịch sử, các nhà nghiên cứu đã sử dụng công nghệ trí tuệ nhân tạo (AI) để phát triển một loại kháng sinh mới. (Ảnh minh họa)

Sau khi phát hiện ra Halicin, nhóm nghiên cứu đã nạp dữ liệu về 107 triệu hợp chất hóa học cho thuật toán. 3 ngày sau, chương trình đã đưa ra một danh sách 23 loại kháng sinh tiềm năng, 8 trong số đó được chứng minh là có hiệu quả trong các thử nghiệm và 2 loại nữa có thể kháng khuẩn đặc biệt mạnh. Các nhà nghiên cứu lưu ý rằng nếu không sử dụng trí tuệ nhân tạo, sẽ không thể kiểm tra một lượng lớn chất như vậy.

Hầu hết các loại kháng sinh mới được phát triển ngày nay là các biến thể của các loại thuốc hiện có, sử dụng các cơ chế tương tự. Trong khi loại kháng sinh mới này sử dụng một cơ chế khác với các loại thuốc hiện có, có nghĩa là nó có thể điều trị nhiễm trùng mà các loại thuốc hiện tại không thể.

Giới chuyên gia đánh giá, cách tiếp cận mới này giúp rút ngắn thời gian phát triển thuốc bằng cách tìm ra tỷ lệ thành phần các hợp chất khác nhau nhanh hơn, với chi phí thấp hơn đáng kể so với các phương pháp khác.

Tuyên bố về công trình đột phá này cho thấy sự thay đổi mô hình trong phát hiện kháng sinh nói riêng và nghiên cứu dược phẩm nói chung. Phương pháp này cũng có thể áp dụng ở tất cả các giai đoạn phát triển kháng sinh, từ khám phá đến cải thiện hiệu quả và độc tính thông qua sửa đổi thuốc và hóa dược.

Ngọc Linh (t/h)

Ngọc Linh (t/h)