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原创 AI助力科学家在古菌中发现了多种新型抗菌化合物

在全球范围内,抗生素耐药性问题正以惊人的速度恶化,成为威胁人类健康的重大隐患。世界卫生组织多次发出警告,若不采取有效措施,到 2050 年,耐药菌感染可能导致每年 1000 万人死亡,经济损失高达 100 万亿美元。在此背景下,科学家们迫切需要寻找全新的抗菌化合物,而人工智能技术的介入,为这一领域带来了突破性进展。

美国宾夕法尼亚大学的研究团队研发出升级版 AI 工具 APEX,专门用于挖掘微生物中的抗菌物质。该工具通过分析海量的微生物基因组数据,能够精准识别出具有抗菌潜力的基因序列。研究人员将目光投向了古菌 —— 这类地球上最古老的生命形式之一。古菌多生活在极端环境中,如深海热泉、盐湖、火山口等,为了适应恶劣的生存条件,它们进化出了独特的防御机制,其体内蕴含的抗菌物质可能与现有抗生素存在巨大差异。

APEX 工具在古菌基因组中筛选出了多种新型抗菌肽,经过实验室验证,其中一些化合物展现出令人惊叹的抗菌能力。尤为重要的是,它们能够有效对抗对多黏菌素 B 耐药的细菌。多黏菌素 B 是目前临床上对抗超级细菌的 “最后一道防线”,当它失效时,医生往往束手无策。这些从古菌中发现的新型抗菌肽,为应对这种绝境提供了新的可能。

无独有偶,麻省理工学院的研究人员也在 AI 辅助药物研发领域取得了重大成果。他们开发的 AI 系统通过分析超过 1 亿种化合物的分子结构和抗菌活性数据,自主学习并总结出有效的分子特征,最终发现了首个由 AI 研发的抗生素 ——halicin。实验表明,halicin 对多种耐药菌具有高效杀灭效果,包括结核杆菌、鲍曼不动杆菌等难以对付的超级细菌。在动物实验中,halicin 不仅成功清除了感染小鼠体内的耐药菌,还未表现出明显的毒副作用,展现出良好的临床应用前景。

这些成果充分彰显了 AI 在抗生素研发领域的巨大潜力。传统的抗生素研发方式往往耗时数年甚至数十年,且成功率极低,平均每筛选 10 万个化合物才能发现一个有潜力的候选药物。而 AI 技术通过机器学习和深度学习算法,能够快速筛选和预测化合物的抗菌活性,将研发周期缩短至原来的十分之一甚至百分之一,大大提高了研发效率。

古菌作为一个尚未被充分开发的 “生物宝库”,其蕴含的抗菌资源远未被发掘。AI 技术的应用,为我们打开了探索这一宝库的大门。除了已发现的抗菌肽和 halicin,研究人员相信,未来还会有更多新型抗菌化合物从古菌及其他未被充分研究的微生物中被发现。

然而,将这些实验室成果转化为临床可用的药物,还需要经历漫长的过程,包括进一步的毒性测试、剂量优化、临床试验等。但不可否认的是,AI 与微生物学的结合,为人类对抗超级细菌带来了前所未有的希望。随着技术的不断进步,我们有理由相信,在不久的将来,会有更多高效、安全的新型抗生素问世,有效遏制抗生素耐药性的蔓延,守护人类的健康防线。

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