Los investigadores han utilizado el aprendizaje automático para identificar un nuevo antibiótico potencial contra una especie desafiante de bacterias que causan enfermedades, informaron en un artículo publicado en naturaleza química biología el 25 de mayo.
El hallazgo es importante debido a la aumento de la resistencia a los antimicrobianos y la lucha por identificar nuevas clases de antibióticos. También aclara cómo las máquinas pueden ayudar a acelerar la identificación, el descubrimiento y las pruebas de nuevos antibióticos que el mundo necesita desesperadamente, y potencialmente reducir el costo de este laborioso proceso.
¿Qué es la resistencia a los antimicrobianos?
La resistencia a los antimicrobianos es una de las grandes crisis del siglo XXI que, al igual que el cambio climático, ha sido provocada por las actividades humanas y afecta a todo el mundo, sin importar fronteras ni puntos de origen. Se refiere a la capacidad de los microbios de evolucionar para resistir los compuestos que los humanos han desarrollado para vencerlos.
Como resultado, muchos medicamentos, pero especialmente los antibióticos, se han vuelto menos efectivos o ineficaces contra las bacterias que causan enfermedades, lo que permite que las enfermedades vuelvan a ser más frecuentes.
Lo global costo de la resistencia a los antimicrobianos se espera que sea de $ 300 mil millones a más de $ 1 billón cada año. India es un ‘punto de acceso’ de resistencia a los antimicrobianos gracias al uso excesivo de antibióticos, entre personas y animales, y la eliminación inadecuada de desechos farmacéuticos.
Los esfuerzos para desarrollar nuevos antibióticos se han visto obstaculizados por el hecho de que muchos compuestos existentes se han derivado de un grupo más pequeño. Esto implica un costo más alto y plazos más largos para identificar nuevos medicamentos que puedan hacer retroceder la ola de resistencia.
Una vía prometedora aquí es utilizar modelos de aprendizaje automático que se puedan “enseñar” a buscar moléculas con propiedades que se consideren deseables para combatir especies específicas de bacterias. Dichos modelos también pueden filtrar grandes conjuntos de datos en un período breve.
¿Qué es Acinetobacter baumannii?
En su estudio, los investigadores del MIT buscaron una molécula para combatir Acinetobacter baumannii bacterias A. baumannii es una bacteria Gram-negativa, lo que significa que tiene una membrana externa protectora que le permite resistir los antibióticos. Se ha asociado con infecciones adquiridas en hospitales en la India.
A. baumannii era reconocido incluso hace una década ser un patógeno de “alerta roja” “principalmente debido a su capacidad excepcional para desarrollar resistencia a todos los antibióticos actualmente disponibles”. Este sigue siendo el caso hoy.
Recientemente, una iniciativa del Departamento de Biotecnología lanzó un programa encontrar compuestos que puedan combatir A. baumanniientre otros cinco patógenos.
En 2019, investigadores del Centro Jawaharlal Nehru de Investigación Científica Avanzada informó haber encontrado una nueva molécula que parecía ser potente contra A. baumannii pero dejó las células humanas en paz. “Según los estudios in vitro, creemos que esta molécula tiene un inmenso potencial para ser desarrollada como un futuro agente terapéutico”, dijo el autor principal del estudio, Jayanta Haldar. El hindú En el momento.
¿Cómo encontró el compuesto el grupo del MIT?
Primero, el grupo del MIT compiló una lista de 7684 moléculas que ya se sabe que inhiben el crecimiento de A. baumannii en estudios biomoleculares en el laboratorio. Usaron estas moléculas para entrenar un modelo de aprendizaje automático. Específicamente, el modelo ‘aprendió’ las diversas propiedades relevantes de cada molécula y las combinó en un vector único y complicado.
Este vector se alimentó a una red neuronal, un sistema que aprende información de una manera inspirada en el cerebro humano, que se optimizó para las propiedades antibacterianas de cada molécula. Finalmente, aplicaron este sistema a una base de datos de 6.680 moléculas para buscar aquellas que pudieran combatir A. baumannii.
Este paso produjo una lista corta de 240 moléculas después de unas pocas horas. Los investigadores probaron su actividad contra A. baumannii y descubrió que nueve de ellos inhibían el crecimiento bacteriano en un 80 % o más. Redujeron aún más la lista para eliminar las moléculas que tenían estructuras que las bacterias podría estar ‘familiarizado’ con.
Se quedaron con abaucin.
“Cuando ejecutamos experimentos de laboratorio húmedo basados en predicciones del modelo, el modelo inevitablemente hará predicciones tanto correctas como incorrectas. Luego tomamos estos datos del laboratorio húmedo y volvemos a entrenar el modelo”, dijo Jon Stokes, profesor asistente de bioquímica en la Universidad McMaster, Ontario, y una de las personas detrás del estudio. El hindú. “A través de este proceso de reentrenamiento iterativo, el modelo puede mejorar su desempeño predictivo”.
¿Qué es la abaucina?
Se sabe que la abaucina compromete la función normal de una proteína llamada CCR2. Uno de los autores del estudio. le dijo a Espanol puede haber sido desarrollado originalmente para tratar la diabetes.
Los investigadores escribieron en su artículo que la abaucina tenía una “modesta actividad bactericida contra A. baumannii” en un medio que contenía otros compuestos a los que la bacteria se resistía. También observaron que cuando retiraban la abaucina del medio “después de [six hours] de tratamiento”, el A. baumannii volvió a crecer
“Este experimento se realizó para verificar que la abaucina no esterilizaba cultivos bacterianos in vitro”, dijo el Dr. Stokes. “Fue simplemente otro método, además de los experimentos convencionales de viabilidad de células bacterianas, para determinar la eficacia de la abaucina para reducir la viabilidad de las células bacterianas”.
Abaucin parece funcionar al interrumpir el tráfico de lipoproteínas en A. baumannii. Una lipoproteína es un marco molecular requerido para transportar grasa dentro de las células. Con base en estudios genéticos, los investigadores creen que la abaucina podría evitar que la lipoproteína producida dentro de la bacteria se mueva hacia la membrana externa.
Abaucin también es “especie selectiva”: solo interrumpe el crecimiento de A. baumannii, no otras bacterias Gram-negativas. Los autores escriben que esto podría deberse “al menos en parte” a que A. baumannii utiliza un sistema de transporte de lipoproteínas ligeramente diferente.
¿Qué sigue?
El equipo planea mejorar el modelo. “Siempre hay lagunas en los conjuntos de datos de entrenamiento químico, ya que solo se puede explorar una región finita del espacio químico”, dijo el Dr. Stokes. “Por lo tanto, debemos centrarnos en recopilar continuamente datos de entrenamiento más sólidos con los que entrenar nuestros modelos, así como en diseñar nuevos tipos de modelos que puedan hacer predicciones sólidas utilizando menos datos de entrenamiento”.
Los miembros del equipo también están “diseñando y probando” compuestos que son químicamente similares a la abaucina, para ver si podrían ser más potentes contra A. Baumannii y para “mejorar sus propiedades medicinales”.
2023-05-31 06:30:00
#Explicado #Abaucin #nuevo #antibiótico #potencial #encontrado #con #aprendizaje #automático,