今日《细胞》封面：人工智能找到全新抗生素，可杀死超级耐药菌！

▎药明康德内容团队编辑

今日，顶尖学术期刊《细胞》杂志刊登了一篇来自麻省理工学院（MIT）的研究论文。科学家们通过一种深度学习系统，让人工智能“慧眼识珠”，发现了一种潜在糖尿病药物的抗菌潜力。在动物实验中，这种全新的抗生素能有效杀死一种对已知所有抗生素都耐药的超级细菌。这一重磅发现也登上了当期《细胞》杂志的封面。

Image credit: Amanda Cicero, Luca Vallescura, Darryl “Moose” Norris, and Chris Sinclair

科学家们是怎么想到用人工智能来寻找新型抗生素的呢？在论文的开头，他们先容说自青霉素降生以来，抗生素已经成为了现代医学的基石之一。然而随着抗生素的滥用，越来越多的细菌反抗生素发生了耐药性。不幸的是，已往许多抗生素都来自于土壤中的微生物，用开发传统药物的方式来开发抗生素并不容易。这也就不难明白，为何在已往的几十年里，降生的新型抗生素寥若晨星，且结构上与已往已有的抗生素大同小异。

为了改变这一逆境，研究人员们开发了一种机械学习的模型。详细来看，这种模型能够自动学习差别药物分子里的结构，不光可以掌握这些分子的差别位置是否存在特定的化学基团，还能够预测这些分子的特性。

▲本研究的图示（图片泉源：参考资料[1]）

随后，研究人员们给这种模型提供了2335个用于“学习”的差别分子，这些分子中有美国FDA已经批准的药物，也有不少具有广泛生物活性的天然分子。研究人员们希望在训练之后，这种模型能够学会识别能有效杀死大肠杆菌的药物。

训练完毕后，是磨练这套机械学习模型学习能力的时候了。研究人员们使用Broad研究所的一个化合物库，让这套模型从其中6111个分子里，寻找具有潜在抗菌潜力的分子。从中，这种模型认为一个分子具有很强的抗菌活性。有意思的是，这种分子原先是作为一种糖尿病药物而开发出来的，在结构上和已有的任何一种抗生素都显着差别。后续的一些研究，也讲明该分子对人类细胞的毒性较低。

据麻省理工学院的新闻透露，研究人员们致敬经典科幻片《2001太空周游》（2001: A Space Odyssey），将该分子命名为halicin（影戏里的人工智能系统叫做HAL 9000）。随后，他们在造就皿里测试了halicin对多种耐药菌的杀菌效果，而效果令人欣喜！除了铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa，一种难治的肺部病原体）之外，halicin对所有测试的耐药菌都有杀伤作用。

▲除了铜绿假单胞菌（蓝色）外，halicin在测试的几种耐药菌里，显示了良好的广谱抗菌活性（图片泉源：参考资料[1]）

固然，造就皿中的效果，还不能代表活体动物上的抗菌疗效。于是，研究人员们又让小鼠熏染上了一种超级耐药的鲍氏不动杆菌（A. baumannii）。同样据麻省理工学院的新闻先容，这种超级细菌能耐受已知所有的抗生素！而halicin再次显现出了神奇的效果——含有halicin的软膏在24小时内，就彻底清除了熏染。

基于以上这些效果，研究人员们指出，halicin具有广谱的抗菌活性。而从机理上看，这是因为它醒目扰细菌，不让它们形成跨膜的电化学梯度。一般情况下，这种电化学梯度能协助细菌发生能量。如果没有这种梯度，细菌就会死亡。研究人员们也提到，重塑电化学梯度的历程很是庞大，不是简朴的几个突变就能完成的，因此这也最大水平上杜绝了耐药性的发生。

使用这套系统，研究人员们进一步在另一个数据库里筛选了数亿个分子，并从中找到了23个与现有抗生素结构迥异，且对人类细胞无毒性的潜在抗菌分子。这一筛选历程，只用了短短的3天时间。后续的研究也讲明，其中8个分子简直有抗细菌的活性，2个分子的活性尤其强。科学家们也计划继续对这些分子举行研究和评估。

正如一些科学家所言，这项突破性的研究是抗生素药物研发的一个范式改变，有望提高我们发现新型抗生素的效率，给我们带来更多抗击超级细菌的武器。

参考资料：

[1] Jonathan M. Stokes et al., (2020), A Deep Learning Approach to Antibiotic Discovery, Cell, DOI:https://doi.org/10.1016/j.cell.2020.01.021

[2] Artificial intelligence yields new antibiotic, Retrieved February 20, 2020, from http://news.mit.edu/2020/artificial-intelligence-identifies-new-antibiotic-0220

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