Антибактериальный интеллект. Как ученые применяют ИИ для оптимизации процесса разработки антибиотиков

Природные корни и сложности с поиском

Многие современные препараты имеют природное происхождение. Один из древнейших примеров — алоэ вера. Его целебные свойства были известны еще в Древнем Египте, где листья растения применялись для лечения ран и ожогов. Сегодня экстракты алоэ входят в состав многих косметических и лекарственных средств. 

Морфин получили из опийного мака в начале XIX века. Это открытие положило начало развитию целого класса обезболивающих препаратов, известных сегодня как опиоиды. Кодеин — еще один анальгетик-опиоид — также был получен из мака.

Другой яркий пример — нашумевший «Оземпик» (семаглутид). В 1992 году ученые обнаружили, что яд рептилии содержит эксендин-4, который оказался очень похож на глюкагоноподобный пептид-1 (ГПП-1) человека, регулирующий уровень глюкозы в крови. Затем последовала разработка синтетического аналога ГПП-1, который лег в основу препарата, широко применяемого сегодня при диабете 2-го типа и ожирении.

Мир антибиотиков тоже обязан своему появлению природным источникам — многие из них обнаружили в почве. Так, в 1953 году в почвенных образцах из Индии и Индонезии был найден ванкомицин — антибиотик против ряда инфекций. В число антимикробных средств почвенного происхождения входит первое эффективное лекарство от туберкулеза стрептомицин. Его выделили из бактерий, населяющих плодородные почвы американского штата Нью-Джерси. 

На первый взгляд, создание подобных антибиотиков выглядит довольно просто: собирается почва, из которой извлекаются микроорганизмы, культивируемые затем в лабораторных условиях и исследуемые на предмет антимикробной активности против патогенов. К тому же в последние годы у ученых появился на вооружении метод анализа ДНК микроорганизмов. Он позволяет обнаруживать в бактериях кластеры генов, ответственных за биосинтез сложных молекул с потенциальными антибиотическими свойствами. 

Тем не менее современные технологии пока не позволяют выявить и синтезировать в лабораторных условиях большую часть молекул, производимых бактериями. Лишь небольшой процент идентифицированных соединений удается использовать для создания полноценных препаратов. 

Проблемы с химическими библиотеками

При создании лекарств фарминдустрия в значительной степени полагается на химические библиотеки. Подобную базу начал собирать одним из первых химик из Гарвардского университета Стюарт Шрайбер в середине 2000-х. Вместе со своей командой он сформировал каталог из более чем миллиона химических соединени...