Yapay zeka, antivirüsleri on kat daha hızlı ve sınırlı verilerle tespit ediyor

Yeni bir antiviral ilacın geliştirilmesi 10-15 yıl sürebiliyor ve 1 milyar avronun üzerinde yatırım gerektiriyor. Ancak son teknolojilerin uygulanmasıyla bu rakamlar onda bire kadar düşürülebilir. Pennsylvania Üniversitesi'ndeki bilim insanları, sınırlı veri ve sınırlı sayıda seçenekten yararlanarak antiviral bileşikleri tespit edebilen, yapay zekaya dayalı yeni bir süreç geliştirdiler. Tedavisi olmayan ve ateş, yaralar ve döküntülerle seyreden el-ayak-ağız hastalığına (HFMD) neden olan EV-71 adlı enterovirüs üzerinde test yaptılar, ancak ciddi nörolojik komplikasyonlara da yol açabiliyor. Sistem diğer enfeksiyonlara da uygulanabilir.

Cell Reports Physical Science dergisinde yayınlanan süreç , sadece 36 bileşikten oluşan bir küme için makine öğrenimi modellerinin eğitilmesine dayanıyor. Bunlardan sekiz tanesi araştırmacılar tarafından kısa listeye alındı ​​ve beş tanesi doğru tahmin edilerek deneysel olarak doğrulandı.

Çalışmanın ortak yazarlarından Angela Cesaro, "Yapay zeka destekli yaklaşımımız, sınırlı verilerle bile makine öğreniminin antiviral bileşikleri etkili bir şekilde tespit edebileceğini, etkili çözümlerin geliştirilmesini hızlandırabileceğini ve gelecekteki salgınlara hızlı bir yanıt sağlayabileceğini gösteriyor" şeklinde açıklıyor. Çalışma, César de la Fuente'nin Pensilvanya Üniversitesi'ndeki laboratuvarında ve Cornell Üniversitesi ile iş birliği içinde ortaya çıktı.

"Bu çalışmanın heyecan verici yanı, yapay zekayı titiz deneylerle nasıl birleştirdiğidir. Moleküler simülasyonları, makine öğrenimini ve hedefli laboratuvar doğrulamasını birleştirerek keşif zaman çizelgelerini kısaltıyor ve veri odaklı tıbbın yeni bir çağını başlatıyoruz," diye ekliyor De la Fuente.

Öneri, dört yıl önce, yalnızca deneysel aşı önerileri bulunan enterovirüs 71'e dayalı araştırmayı öneren ilaç şirketi Procter & Gamble'dan geldi. Cornell Üniversitesi'nden ve çalışmanın ortak yazarı Haoyuan Shi, "Moleküler dinamik simülasyonlarımız, antiviral bileşiklerin atomik düzeyde EV71 kapsidiyle nasıl etkileşime girdiğine dair önemli bilgiler sağlıyor" şeklinde açıklıyor. Kapsid, virüsün dış protein zarfıdır ve yalnızca genetik materyalini korumakla kalmaz, aynı zamanda enfeksiyon için de gereklidir.

Araştırmanın en yeni unsurlarından biri de tam olarak veri sınırlılığı olmuştur. Makine öğrenmesine dayalı bileşik keşif sistemleri büyük ve pahalı veri kümelerine dayanır. Ancak projenin bir diğer üyesi olan Fangping Wan'a göre ekip, "çok sınırlı veriye sahip bir senaryoda bile" antiviral etkiyi modellemeyi başardı.

De la Fuente, yeni sürecin en çarpıcı avantajlarından birinin, sıfırdan antiviral geliştirmek için gereken zaman ve yatırımı onda birine düşürme olasılığı olduğunu vurguluyor: "Anahtar noktalardan biri, birkaç moleküle sahip bir modelden, enterovirüs 71'e karşı aktivite gösteren çeşitli bileşiklerin bulunduğu bir veritabanı geliştirmemizdir. Daha sonra, önerinin virüsle tam olarak nasıl etkileşime girdiğini görmek için birçok bilgisayar simülasyonu çalıştırdık."

Ancak bir diğer önemli nokta da, moleküler temeli sağlayan Procter & Gamble girişimiyle geliştirilen modelin, herhangi bir araştırmacının sistemi diğer patojenlerle test etmek için erişebileceği açık ve kamuya açık kodla geliştirilmiş olmasıdır.

"Model, onu diğer veri türleriyle eğitmek ve diğer enfeksiyonların benzersizliğine göre ayarlamak için ilk temel olarak kullanılabilir. Önemli olan, daha sonra çıkarım yapabileceğimiz teknolojiler ve hesaplama araçları geliştirmektir," diye açıklıyor De la Fuente.

César de la Fuente'nin laboratuvarından Cell Biomaterials , antibiyotik dirençli bakterilere iki yönden saldıran sentetik peptitler üzerine bir çalışma yayınladı: Bu peptitler, potansiyel konvansiyonel tedavilere karşı bir kalkan görevi gören mikrobiyal zarları deliyorlar ve vücudun doğal savunmasını güçlendiren önemli bir bağışıklık hücresi reseptörünü aktive ediyorlar.

"Süper böcekler en iyi ilaçlarımızdan daha iyi performans gösteriyor. Doğrudan bakteri öldürmeyi bağışıklık aktivasyonuyla birleştirerek, bu peptitler bize tamamen yeni bir strateji sunuyor," diye açıklıyor Pensilvanya Üniversitesi'nde profesör olan çalışmanın baş yazarı César de la Fuente.

Peptitlerin ilk etapta bakteri zarlarını delerek ve geleneksel antibiyotiklerden kaçmayı başaran patojenleri hızla ortadan kaldırarak etkili olduğu keşfedildi. Aynı zamanda mast hücrelerinde daha önce bilinmeyen G proteinine bağlı reseptör MRGPRX2'yi aktive ederek enfeksiyonun temizlenmesini artıran antimikrobiyal medyatörlerin ani salınımını tetiklerler. Son olarak, ayna görüntüsü tasarımı (D-amino asitler kullanılarak) proteaz bozunumuna karşı yüksek direnç sağlayarak, peptit tedavisindeki bir engeli ortadan kaldırıyor ve onları gerçek dünya ortamında klinik uygulamaya hazır hale getiriyor. Çalışmanın eş baş araştırmacısı Marcelo Torres, “MRGPRX2'yi aktive ederek, konak bağışıklık sistemini bir müttefike dönüştürüyoruz” şeklinde açıklıyor. "Bu, hiçbir geleneksel antibiyotiğin eşleşemeyeceği ikili bir etki yaratıyor."

Çalışmanın bir diğer ortak yazarı Aetas Amponnawarat ise şunları kaydediyor: "Antibiyotik direncinin artması karşısında, bakterileri ortadan kaldıran ve bağışıklığı güçlendiren tedaviler, araştırma alanında önemli bir sınırdır." Bu çalışmanın ortak yazarları arasında Rakesh Krishnan ve makalenin sorumlu yazarı olan Hydar Ali de yer almaktadır.

Enfeksiyonlarla mücadelenin bir diğer yolu da mevcut ilaçların koruyucu etkilerinin analiz edilmesidir. Granada Üniversitesi ve Endülüs hastaneleri tarafından yürütülen bir araştırmada, solunum sinsityal virüsüne (RSV) karşı özel bir ilaç (Nirsevimab) ile tedavi edilen çocukların, bu ilacı almayanlara göre daha hafif klinik semptomlar gösterdiği belirlendi.

“Son kampanyaya kadar, nüfus düzeyinde uygulanan tek önleyici tedbir aşılardı. Bunların hiçbiri RSV'ye karşı kullanılmadı. Ancak 2023-2024 kampanyasından bu yana, dünyada ilk kez monoklonal antikor olan Nirsevimab'a dayalı aşı olmayan bir önlem kullanıldı. Etkisi uzun sürelidir (beş aydan fazla) ve altı aylıktan küçük çocuklarda pasif bağışıklama olarak kullanılır,” diye açıklıyor bu çalışmaya katılan Granada Üniversitesi Önleyici Tıp ve Halk Sağlığı Bölümü'nde araştırmacı olan Mario Rivera.

Bir diğer araştırma stratejisi ise enfeksiyonları teşvik eden vektörlerin tespit edilmesidir. Bu, Doñana Biyolojik İstasyonu-CSIC liderliğindeki bir bilimsel ekibin, Plos One'da yayınlanan ve İspanya'da Batı Nil virüsünün başlıca taşıyıcısı olan Culex perexiguus sivrisinek türünün bakteriyel mikrobiyotasının ilk karakterizasyonunu ve bunun enfeksiyonla potansiyel ilişkisini ele alan bir çalışmada yer alan çizgisidir.

Çalışmaya göre, bu mikrobiyotadaki bakteriler sivrisineğin bağışıklık tepkisini düzenleyebiliyor, kaynaklar için mikroorganizmalarla rekabet edebiliyor, hatta bu böceklerdeki patojenlerin gelişimini etkileyen bileşikleri serbest bırakabiliyor. Bu nedenle araştırmacılar, doğadaki sivrisinek mikrobiyotasının bileşiminin belirlenmesinin, bulaşma epidemiyolojisini anlamak ve potansiyel olarak vektör kaynaklı hastalıkları kontrol etmek için yenilikçi stratejiler tasarlamak açısından önemli olduğuna inanıyorlar.

Çalışmanın baş yazarı ve Doñana Biyolojik İstasyonu-CSIC'de doktora öncesi araştırmacı olan Marta Garrigós, "Sivrisinek mikrobiyotasındaki farklılıklar, Culex perexiguus'un Batı Nil virüsünün bulaşmasındaki merkezi rolünü anlamamıza yardımcı olabilir" diyor.