Antibiyotik Buluşunda Derin Öğrenme Yaklaşımı

Penisilin'in keşfinden bu yana, antibiyotikler modern tıbbın temel taşı haline gelmiştir. Bununla birlikte, bu temel ilaçların devam eden etkinliği, antibiyotik direnç belirleyicilerinin küresel yayılma göstermesi nedeniyle belirsizdir. Dahası, özel sektörde ekonomik teşviklerin eksikliğinden kaynaklı olarak yeni antibiyotik geliştirme çalışmalarının azalması, bu halihazırda korkunç olan sorunu daha da artırmaktadır. Gerçekten de, yeni antibiyotikler bulmak ve geliştirmek için hemen harekete geçilmeden, dirençli enfeksiyonlara atfedilecek ölümlerin 2050 yılına kadar yılda 10 milyona ulaşacağı öngörülmektedir. Tarihsel olarak, antibiyotikler, patojenik büyümeyi engelleyen ikincil metabolitler için toprakta yaşayan mikropların taranmasıyla keşfedildi. Bu yaklaşım, diğerleri arasında β-laktamlar, aminoglikozitler, polimiksinler ve glikopeptidler dahil olmak üzere klinik olarak kullanılan antibiyotik sınıflarının çoğuyla sonuçlanmıştır. Bu iskelelerin yarı sentetik türevleri, gücü artırarak, toksisiteyi azaltarak ve yan direnç belirleyicilerini artırarak antibiyotiklerin uygulanabilir bir klinik cephaneliğini korumuştur. Pirimidin, kinolon, oksazolidinon ve sülfa sınıflarının tamamen sentetik antibiyotikleri de uzun vadede klinik olarak faydalı bulunmuştur ve aynı özellikler için optimize edilmeye devam etmektedir.

Antibiyotik Keşfinde Makine Öğrenmesi

Antibiyotiğe dirençli bakterilerin hızla ortaya çıkması nedeniyle, yeni antibiyotiklerin keşfedilmesine artan bir ihtiyaç vardır. Araştırmacılar bu zorluk ile baş edebilmek için antibakteriyel aktiviteye sahip molekülleri tahmin edebilen derin bir sinir ağı geliştirdiler. Araştırmacılar birden fazla kimyasal kütüphanesinde tahminler gerçekleştirdiler ve Uyuşturucu Replasman Merkezinden (halicin) geleneksel antibiyotiklerden yapısal olarak farklı olan ve Mikobakteri tüberküloz ve karbapenem dirençli Enterobacteriaceae de dahil olmak üzere geniş bir filogenetik patojen spektrumuna karşı bakterisidal aktivite gösteren bir molekül keşfettiler. Halisin ayrıca murin modellerinde Clostridioides difficile ve pan'a karşı dirençli Acinetobacter baumannii enfeksiyonlarını etkili bir şekilde tedavi etti.

Ek olarak, ZINC15 veritabanından toplanmış 107 milyon'dan fazla molekülden ampirik olarak test edilen 23 ayrı tahmin kümesinden, bu model bilinen antibiyotiklerden yapısal olarak uzakta olan sekiz antibakteriyel bileşik tanımladı. Bu çalışma, yapısal olarak farklı antibakteriyel moleküllerin keşfi yoluyla antibiyotik cephanemizi geliştirmek için derin öğrenme yaklaşımlarının faydasını vurgulamaktadır. Genel olarak, sonuçlar, antibiyotik keşfi için modern makine öğrenimi yaklaşımlarının uygulanmasının zamanın geldiğini göstermektedir - bu tür çabalar yeni moleküler varlıkların keşfedilme oranını artırabilir, bu molekülleri tanımlamak için gereken kaynakları azaltabilir ve dolayısıyla da maliyetleri azaltabilir. Derin öğrenme yaklaşımları bu nedenle antibiyotik cephanemizi genişletmemize ve direncin yayılmasının dışına çıkmamıza yardımcı olabilir.