Med hjälp av en algoritm för maskininlärning har forskare vid amerikanska MIT identifierat en ny substans med starka bakteriedödande egenskaper. Algoritmen kan screena hundramiljontals kemiska substanser på bara några dagar, enligt universitetet. Den är utvecklad för att hitta bakteriedödande substanser som har en annan verkningsmekanism än de som redan är i bruk idag. I just det här fallet sökte man efter substanser som enligt algoritmen borde kunna döda bakterier av arten Escherichia coli, E. coli.

Algoritmen ”tränades upp” med information om 2 500 substanser, varav 1 700 var läkemedel som i dagsläget är godkända av FDA och 800 var naturligt förekommande substanser med olika utseende och aktivitet. När algoritmen sedan fick scanna igenom ett bibliotek med 6 000 substanser hittades en ny molekyl som hade en kemisk struktur som var olik den som finns hos kända typer av antibiotika samt som förutsågs ha en stark bakteriedödande effekt. Det var halocin, som tidigare utvärderats som ett potentiellt diabetesläkemedel. Halocin har fått sitt namn efter Hal, en artificiell intelligens i Stanley Kubrick-filmen År 2001: Ett rymdäventyr.

Med hjälp av en annan maskininlärningsalgoritm kunde forskarna se att halocin förmodligen inte har någon toxisk effekt på mänskliga celler.

I in vitro-studier har halocin visat sig effektivt kunna döda många olika typer av sjukdomsframkallande bakterier, bland annat multiresistenta sådana, såsom Clostridium difficile, Acinetobacter baumannii och Mycobacterium tuberculosis. Dock fungerar den inte mot Pseudomonas aeruginosa.

Substansen har även testats i två olika musmodeller där den bland annat visade sig kunna döda av infektioner med multiresistent A. Baumannii.

Enligt preliminära studier dödar halocin bakterier genom att störa deras förmåga att upprätthålla en elektrokemisk gradient över cellmembranen. Forskarna tror att denna typ av mekanism borde vara svår för bakterier att utveckla resistens mot och enligt en studie utvecklade E. coli-bakterier ingen resistens mot halocin under en 30 dagar lång behandling. Det kan jämföras med antibiotikumet ciprofloxacin, där resistens började utvecklas inom 1-3 dagar.

Efter upptäckten av halocin har ytterligare drygt hundra miljarder substanser screenats med hjälp av algoritmen. Det tog tre dagar och resulterade i upptäckten av 23 nya kandidater som är strukturellt olika existerande antibiotika samt som förutspås vara icke-toxiska för mänskliga celler. Åtta av dessa uppvisade bakteriedödande egenskaper och två var extra effektiva. Nu väntar ytterligare studier på de nya substanserna, samtidigt som fler molekyler ska screenas. Dessutom planeras ett projekt där den artificiella intelligensens lärdomar ska användas för att designa ny antibiotika samt optimera existerande molekyler.

En artikel om den nya substansen har publicerats i tidskriften Cell.

Förutom halocin har forskarna har även upptäckt en rad andra, lovande substanser som ska utforskas vidare och förhoppningen är att AI-plattformen ska kunna leda oss in i en ny era för upptäckt av nya typer av antibiotika, dels genom screening och dels genom design av nya substanser med hjälp av de lärdomar som samlas in om bakteriedödande substanser. Det är en stor förhoppning, då de nya typer av antibiotika som kommit de senaste decennierna har varit väldigt få och de som faktiskt nått fram till marknaden mestadels har varit baserade på andra, redan godkända substanser.

Läs även Ny antibiotikaklass når fas III.