كشفت منظمة الصحة العالمية عن علاج «سوبر» بواسطة الذكاء الاصطناعي يعد ثورة طبية في مجال المضادات الحيوية وهو «هاليسين» مضاد حيوي يُحارب البكتيريا المُقاومة التي تتسبب في هلاك الملايين من البشر أبان أزمة مقاومات مضادات الميكروبات، مثل جائحة كورونا.
مضادات الميكروبات البكتيرية
وفقاً لمنظمة الصحة العالمية، كانت مقاومة مضادات الميكروبات البكتيرية مسؤولة بشكل مباشر عن 1.27 مليون حالة وفاة عالمية وأسهمت في 4.95 ملايين حالة وفاة إضافية في عام 2019، وقد أدى وباء مرض فيروس كورونا «كوفيد 19» إلى تفاقم أزمة مقاومة مضادات الميكروبات، حيث زادت حالات العدوى المقاومة التي تبدأ في المستشفيات والوفيات المرتبطة بها في المستشفيات الأمريكية بنسبة 15% على الأقل بين عامي 2019 و2020.
الإفراط في استخدام المضادات الحيوية
أسهمت عدة عوامل في أزمة مقاومة مضادات الميكروبات الحالية، بما في ذلك الإفراط في استخدام المضادات الحيوية وإساءة استخدامها على نطاق واسع. كما أدت التحديات التقنية في منصات البحث والتطوير الحالية، بما في ذلك محدودية فئات المضادات الحيوية الكيميائية، بالإضافة إلى بطء وتكلفة أساليب البحث والتطوير، إلى تثبيط الاستثمار في الصناعات الدوائية.
اكتشاف الأدوية
للتغلب على هذه التحديات، برزت التطورات الحديثة في مجال الذكاء الاصطناعي قوة تحويلية قادرة على إنعاش عملية اكتشاف الأدوية. تستطيع نماذج الذكاء الاصطناعي تحليل المكتبات الكيميائية الضخمة بسرعة غير مسبوقة لتحديد أو حتى توليد أنماط جزيئية جديدة والتنبؤ بالنشاط المضاد للبكتيريا.
ما هو الهاليسين؟
هاليسين هو مضاد حيوي فعال واسع الطيف، أعاد باحثون في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا اكتشافه باستخدام نموذج تعلم عميق مُخصص. يُعدّ تحديد هاليسين إنجازاً دوائياً وإكلينيكياً بارزاً، إذ يُعدّ من أوائل الحالات الموثقة لاكتشاف مضاد حيوي جديد من خلال نهج شامل قائم على الذكاء الاصطناعي.
بعد إعادة اكتشافه، أعاد باحثو معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا تسمية المركب هاليسين تكريماً مباشراً لـ HAL 9000، الذكاء الاصطناعي الشهير من فيلم الخيال العلمي 2001: ملحمة الفضاء لعام 1968. كان يُعرف سابقاً باسم SU-3327، وقد صُمم هاليسين في البداية لتثبيط كيناز الطرف الأميني c-Jun (JNK) كتدخل علاجي ضد مرض السكري؛ ومع ذلك، توقف التطوير بسبب النتائج الضعيفة في الاختبارات السريرية.
عملية الاكتشاف
قام الباحثون في البداية بتدريب شبكة عصبية عميقة (DNN) على مجموعة بيانات تضم 2335 جزيئاً لتحديد وتعلم السمات الهيكلية المرتبطة بالنشاط المضاد للبكتيريا ضد الإشريكية القولونية، ثم استُخدم هذا النموذج المُدرَّب لإجراء فحص حاسوبي شامل للمكتبات الكيميائية الرقمية، مع التركيز على مركز إعادة استخدام الأدوية، وهو مجموعة من 6000 مركب خضعت للدراسة للاستخدام البشري.
ثورة الذكاء الاصطناعي
تم تحديد هاليسين كمرشح ذي أعلى الدرجات، مع نشاط مضاد للبكتيريا متوقع قوي. بخلاف الاكتشافات التي يقودها البشر، والتي قد تنحاز نحو الهياكل الكيميائية المألوفة، يُقلل نموذج الذكاء الاصطناعي هذا من تحيز الهياكل البشرية من خلال تعلم علاقات البنية والنشاط من البيانات، مع أن النموذج لا يزال يعكس مجموعة التدريب الخاصة به. سمحت هذه الميزة الفريدة للشبكة العصبية العميقة (DNN) بالتعرف على الإمكانات المضادة للبكتيريا في جزيء تم التخلص منه سابقاً، والذي من المرجح أن يغفله الكيميائيون الطبيون.
تدرج كهروكيميائي
القوة الدافعة للبروتون (PMF) هي تدرج كهروكيميائي أساسي تستخدمه البكتيريا لدعم تخليق ثلاثي فوسفات الأدينوزين (ATP)، وامتصاص العناصر الغذائية، والحركة، ونقل البروتينات وإفرازها، بالإضافة إلى استجاباتها للإجهاد. بالمقارنة مع أهداف البروتين المفرد للمضادات الحيوية التقليدية، تتميز القوة الدافعة للبروتون بحفظها العالي، مما يحد من قدرة البكتيريا على تطوير مقاومة سريعة لهذا النوع من المضادات الحيوية.