Nhóm các nhà nghiên cứu sinh học dẫn đầu bởi nhà sinh vật học tổng hợp Jim Collins tại Viện Công nghệ Massachusetts ở Cambridge cho biết, một phương pháp học máy tiên phong đã xác định được các loại kháng sinh mới cực mạnh từ một nhóm hơn 100 triệu phân tử. Trong các kháng sinh mới này, một loại có tác dụng chống lại nhiều loại vi khuẩn, bao gồm cả bệnh lao và các chủng vi khuẩn thường được coi là không thể điều trị được.

Mặc dù trước đây trí tuệ nhân tạo (AI) đã được ứng dụng rất nhiều trong quá trình phát hiện kháng sinh, nhưng nhóm nghiên cứu cho biết đây là lần đầu tiên AI tự xác định được các loại kháng sinh hoàn toàn mới từ đầu, mà không sử dụng bất kỳ giả định nào có sẵn của con người. 

Trong công trình nghiên cứu này, Collins và nhóm của ông đã phát triển một mạng thần kinh nhân tạo - một thuật toán AI được mô phỏng theo kiến trúc não bộ - có khả năng học các tính chất của các phân tử.

Các nhà nghiên cứu đã đào tạo mạng lưới thần kinh để phát hiện ra các phân tử ức chế sự phát triển của vi khuẩn Escherichia coli, sử dụng bộ sưu tập 2.335 phân tử có hoạt tính kháng khuẩn. Trong số này bao gồm khoảng 300 loại kháng sinh đã được phê duyệt, cũng như 800 sản phẩm tự nhiên từ các nguồn thực vật, động vật và vi sinh vật.

Thuật toán sau đó đã được học cách dự đoán chức năng phân tử mà không được cài sẵn bất kỳ giả định nào về cách thức hoạt động của thuốc hay phân loại sẵn các nhóm hóa chất, Regina Barzilay, nhà nghiên cứu AI tại MIT và đồng tác giả của nghiên cứu, cho biết. 

Sau khi mô hình được đào tạo, các nhà nghiên cứu đã sử dụng nó để sàng lọc một thư viện có tên là Trung tâm tái chế thuốc, trong đó có khoảng 6.000 phân tử đang được xem xét để điều trị các bệnh ở người. Họ yêu cầu mô hình dự đoán phân tử nào có hiệu quả chống lại E. coli và yêu cầu mô hình chỉ ra các phân tử trông khác với kháng sinh thông thường.

Từ các kết quả đạt được, các nhà nghiên cứu đã chọn khoảng 100 phân tử ứng cử viên để thử nghiệm. Trong số đó, họ bất ngờ phát hiện một phân tử đang được xem xét để trở thành thuốc điều trị bệnh tiểu đường cũng là một loại kháng sinh mạnh. Nhóm gọi kháng sinh này là halicin, đặt theo tên HAL, máy tính thông minh trong phim 2001: A Space Odyssey.

Thuốc kháng sinh hoạt động thông qua một loạt các cơ chế, chẳng hạn như ngăn chặn các enzyme liên quan đến sinh tổng hợp thành tế bào, sửa chữa DNA hoặc tổng hợp protein.

Nhưng cơ chế halicin rất độc đáo: nó phá vỡ dòng proton trên màng tế bào. Trong các thử nghiệm ban đầu trên động vật, thuốc này dường như có độc tính thấp và chống lại vi khuẩn kháng thuốc.

Các thử nghiệm trên chuột trong nghiên cứu đã chỉ ra phân tử này đã có thể chống lại một phổ rộng các mầm bệnh, bao gồm một chủng Clostridioides difficile và một chủng Acinetobacter baumannii - loại vi khuẩn toàn kháng (kháng nhiều loại kháng sinh) và đang rất cần kháng sinh mới để điều trị.

Collins cho biết, trong các thí nghiệm, khả năng kháng kháng sinh thường phát sinh trong vòng một hoặc hai ngày, tuy nhiên, sau cả 30 ngày thử nghiệm, họ không phát hiện hiện tượng kháng thuốc đối với halicin.

Đánh giá về tầm quan trọng của công trình, nhà nghiên cứu Jacob Durrant tại Đại học Pittsburgh, Pennsylvania cho biết, nhóm nghiên cứu đã không chỉ xác định được các "ứng cử viên" kháng sinh, mà còn chỉ ra được các kháng sinh có tính hứa hẹn nhất trong các thử nghiệm trên động vật. Ông Durrant cũng bổ sung thêm rằng cách tiếp cận này cũng có thể được áp dụng cho các trường hợp khác như thuốc điều trị ung thư hoặc thuốc điều trị các bệnh thoái hóa thần kinh.

Nhóm nghiên cứu hiện đang hy vọng hợp tác với bên ngoài để đưa halicin vào thử nghiệm lâm sàng. Họ cũng muốn mở rộng cách tiếp cận để tìm thêm kháng sinh mới và thiết kế các phân tử từ đầu.

• Các nhà khoa học Việt Nam phân lập thành công lợi khuẩn Bacillus subtilis thuần khiết về mặt sinh học

• Danh sách 34 trang web chuyên bán sách giả tại Việt Nam

• Sáng chế máy cấy không động cơ độc đáo của 2 nữ sinh Nam Định

Hoàng An