Onderzoekers gebruiken kunstmatige intelligentie om nieuwe antibiotica te vinden

Onderzoekers hebben met behulp van deep learning een nieuw antibioticum ontdekt. Hun algoritmes voorspelden op basis van moleculaire structuur dat een middel tegen verscheidene bacteriesoorten zou moeten werken.

De wetenschappers werken bij het gezaghebbende technologie-instituut MIT, en hebben hun bevindingen gepubliceerd in het vaktijdschrift Cell. Zij beschrijven daar het opzetten van een neuraal netwerk met als doel om nieuwe antibiotica te vinden; dat is nodig omdat veel bacteriesoorten resistent raken tegen bestaande middelen.

Omdat voor het ontdekken van nieuwe medicijnen zeer grote aantallen moleculen getest moeten worden, hebben de onderzoekers een voorspellingsmodel gebouwd, waarbij op basis van molecuulstructuur voorspeld kan worden welke moleculen een antibacteriële werking hebben. Daarvoor trainden zij hun neurale netwerk met de eigenschappen van 2335 verschillende moleculen. De resultaten werden vervolgens toegepast op een database van 107 miljoen verschillende moleculen.

In hun paper beschrijven de onderzoekers de vondst van het middel halicine, een enzymremmer die aanvankelijk is ontwikkeld als middel tegen diabetes. Het deep learning-model voorspelde echter dat het ook antibacteriële werking zou moeten hebben op basis van de molecuulstructuur. Na validatie van de vondst in muizen, met onder meer een aangetoonde werking tegen resistente bacteriën, bleek dit inderdaad het geval te zijn.

De onderzoekers vonden ook nog andere moleculen die een antibacteriële werking kunnen hebben. Mogelijk leiden de vondsten op termijn tot nieuwe medicijnen die gebruikt kunnen worden om resistente bacteriën tegen te gaan.

Reacties (70)

[Kortfragje]

Interessant werk. Ze hebben weliswaar een bestaand algoritme (chemprop) gebruikt, maar toch is de antibiotische werking van halicine verassend.

Van hun andere hit uit de zinc15 database weet ik niet zo goed wat ik moet vinden. Het is een extreem onstabiel en reactief molecuul, of zoals werd gezegd:"How does it kill bacteria, blowing it up?"

Zie de blog van Derek Lowe voor meer context (sowieso een goede blog): https://blogs.sciencemag....-learning-for-antibiotics


Edit, en twitter draadje : https://mobile.twitter.co...tatus/1230523404094234624

[Reactie gewijzigd door Kortfragje op 22 juli 2024 14:19]

[robvanwijk]

Van hun andere hit uit de zinc15 database weet ik niet zo goed wat ik moet vinden. Het is een extreem onstabiel en reactief molecuul, of zoals werd gezegd:"How does it kill bacteria, blowing it up?"

Het hele punt van dit onderzoek zit in het rechter stuk van het plaatje: we kennen tientallen miljoenen molecuulstructuren; die kunnen we niet allemaal één voor één testen. Dit onderzoek heeft niet als doel om nieuwe antibiotica te vinden, het echte doel is om een veel kleinere groep moleculen te vinden, zó klein dat we ze gewoon allemaal kunnen testen (en ja, die worden dan natuurlijk ook getest, in de hoop een nieuw antibioticum te vinden).

Dat de publicatie beide moleculen vermeldt is niet omdat ze beide veelbelovend zijn. De kern van dit onderzoek is het vinden van een zeer kleine groep moleculen, dus als je daarover publiceert dan moet je alles vermelden wat je gevonden hebt; dat zegt namelijk iets over de toepasbaarheid en bruikbaarheid van het onderzoek zelf. De vondst van een daadwerkelijk nieuw medicijn is (strikt genomen) alleen maar een mooie bijvangst.

[Kortfragje]

Met alle respect, maar dat is eigenlijk niet wat het nieuw maakt. Dat is iets wat redelijk 'established' is. We doen regelmatig hetzelfde in mijn groep :
https://link.springer.com/article/10.1186/s13321-019-0337-8
en
https://jcheminf.biomedce...10.1186/s13321-017-0232-0


Wat het vernieuwend maakt is dat ze de experimentele follow up gedaan hebben en ook in vivo.

[Sandwalker]

Het is toch raar dat we universitair normaal de pijplijn niet op kunnen zetten van computational naar synthese naar tests. Misschien iets met doorlooptijd maar misschien ook wel gebrek aan de juiste connecties.

[Kortfragje]

Beide gedeeltelijk denk ik. Maar het is wel iets wat je steeds meer ziet. Zeker in Leiden zijn we die translationele stappen meer en meer aan het integreren. Daarnaast wordt de samenwerking met het Leidsch Universitair Medisch Centrum (LUMC) ook steeds intensiever...

[OxWax]

Ik moest plotseling denken aan het actieve ingrediënt van look, Allicin. Waarom doet men daar eigenlijk geen research naar? Dat heeft een zéér krachtige antibacteriële werking.

https://en.wikipedia.org/wiki/Allicin#Research
https://www.nature.com/articles/s41598-018-25154-9

[Thystan]

Kan niet gepatenteerd.

[OxWax]

probably ....maar Ketamine bestond ook al en daar heeft Jansens Esketamine van 'gemaakt' en er een (zeer slecht werkend, last hope) antidepressivum van gemaakt.

Aspirine komt toch ook(origineel) uit de bast van een boom , net als kinine het antimalariamiddel

[Thystan]

Er zijn wel meer verschillende ketamines en die zijn gewoon gepatenteerd.
Aspirine is super goedkoop en was wel gepatenteerd:
https://https://patentyogi.com/this-day-in-patent-history/this-day-in-patent-history-on-february-27-1900-felix-hoffman-patented-acetyl-salicylic-acid-aka-aspirin/
Big Pharma had het alleen niet goed beschermd en daardoor is Bayer het patent kwijt geraakt. In sommige gebieden is het patent verkocht.
Quinine is ook gewoon gepatenteerd: https://www.drugbank.ca/drugs/DB00468

[Reactie gewijzigd door Thystan op 22 juli 2024 14:19]

[OxWax]

Weet ik , dat is nu net mijn punt/vraag. (bedankt vr linkjes;))
Waarom Allicin niet en Quinine / Asa wel?

[Reactie gewijzigd door OxWax op 22 juli 2024 14:19]

[Thystan]

Allicin is wel gepanteerd, ook een aantal manieren om het te extraheren zijn gepantenteerd:
https://worldwide.espacen...437&KC=&FT=E&locale=en_EP

[OxWax]

U schreef eerder

Allicin is wel gepanteerd, ook een aantal manieren om het te extraheren zijn gepantenteerd:
https://worldwide.espacen...437&KC=&FT=E&locale=en_EP

Voor dieren, zo blijkt.

The present invention provides the use of allicin in (i) the treatment of leishmaniasis; (ii) as a disinfectant or biocidal treatment of aquatic species; (iii) as an antimicrobial agent for animal feed; (iv) as a preservative agent in foodstuffs; (v) as a water disinfectant or biocide; (vi) as an antiparasitic treatment or antibacterial treatment for bees (apis); or (vii) in the preparation of a medicament for the treatment of Glycopeptide Intermediate Resistant Stapohylococcus Aureus.

https://patentscope.wipo....il.jsf?docId=WO2004084645

[Thystan]

Niet alleen dat, maar ook het proces om het eruit te halen - en dat is dan weer belangrijk als je het wilt gebruiken voor wat anders.

[5pë©ïàál_Tèkén]

Daarom zijn er gelukkig artsen en wetenschappers op de resultaten van de AI te interpreteren. Misschien is die hit onstabiel of nog erger dan de kwaal zelf. Echter, het biedt een nieuw aanknopingspunt voor vervolg onderzoek. Terminale patiënten kunnen een proefgroep zijn hiervoor. Jep, medicatie onderzoek is zeker niet alleen rozengeur en maneschijn.

[SuperDre]

Tja, moet eerlijk zeggen dat als ik toch terminaal ben dat je dan zowat alles wel op mij mag testen dat mij mogelijk beter zou maken, dood ga ik anders toch wel.

[5pë©ïàál_Tèkén]

Ho ho, niemand had het over beter maken hé (curatief). Soms kan symptoom bestrijding of vertraging van het ziekteproces een gewenst effect zijn. Om het even plat te zeggen - 'hey man, zonder dit goedje was je al dood geweest. Maar je bent er nog. Eventjes'.
Maar ook met de dood in het vooruitzicht kunnen mensen beslissen om geen experimentele behandeling te ondergaan vanwege bijvoorbeeld bijwerkingen. Zij kunnen dan (soms) kiezen tussen 2 relatief 'goede' jaren of 4 jaren met bijwerkingen.

[theobril]

Een kennis van mij werd voorgesteld het experimentele traject in te gaan want haar situatie was toch aflopend. Ze besloot dit niet te doen. De arts zei vervolgens tegen haar "heel verstandig". Liever 2 slechte maanden dan 3 hele slechte maanden. De dood is vrij onverzoenlijk.

[OxWax]

Volgens mij is iedereen 'terminaal' maar als ik nog een paar goede jaren voor de boeg heb, slik ik wel wat pretpillen ipv experimentele ziekmakende rommel

[Nevere]

Zeker nooit in de situatie gezeten.
Egoistische denkwijze.
Ik ben van mijn geboorte ziek maar heb tot nu toe maar 1x geweigerd om niet mee te werken aan onderzoek en heb het ook gedaan als het niet om mijn aandoening ging.
Ik kan me namelijk voorstellen dat iedereen graag een fijn leven wil hebben zonder zorgen en gezond rond wil lopen.
Ik klop daar niet voor op mijn borst maar dat heet medeleven.
Ik vraag me ook af of je hetzelfde zou denken als het je eigen dierbare betrof die er bij gebaat zou zijn.
Verder een hele mooie ontwikkeling, ik heb zelf ook last van het toenemende resistentie probleem.

[OxWax]

Met mijn 35 deelnames als 'proefkonijn' mag je nu je woorden inslikken

[Nevere]

Dat je ze telt zegt genoeg.

[OxWax]

Ik tel wel meer dingen , jij niet?
Dat staat gewoon in m'n dossier

[Nevere]

Dat soort dingen tel ik niet, die doe ik gewoon.
En mijn dossier lees ik niet eens.
Als het belangrijk is dan vraag ik het wel.
Maar het gaat ook niet om een wedstrijdje ver pissen maar ik vind dat je ook al ben je terminaal, wat ik dus ook voor 11 jaar geweest ben, dat het enige wat je kan doen voor je dood gaat is bijdragen aan de toekomst voor anderen al heb je er zelf niets aan.
Dan vind ik het kort door de bocht om "dan slik ik wel wat pretpillen ipv experimentele ziekmakende rommel 8-)''
Experimentele medicijnen zijn niet altijd per definitie ziekmakend/
Maar ieder zijn opvatting daarover, het siert je in ieder geval dat je het toch wel doet.
Er zijn er zat die sowieso nooit meewerken om dat ze er te besodemietert voor zijn en denken, een ander doet het wel dan hoef ik het niet te doen.

[ErikRo]

Roep dat niet te hard wel eens gelezen van waar dat fout ging ging op verschrikkelijke manier dood.

[Kortfragje]

Precies, dat is wat wij doen

Maar dat zie je bij onze modellen ook vaak. Als er een correlatie opgepikt wordt tussen een bepaalde groep (vb hier de Br en de N+) en antibacteriële werking, dan krijgen moleculen die er daar meer van hebben een hogere score. Dit omdat stabiliteit en toxiciteit in dit soort vroeg stadium modellen meestal niet meegenomen worden in die score..

[Sandwalker]

Het is gaaf dat je vooraf moleculen kunt screenen op een cel-effect. Dat kan namelijk combinaties geven die je niet direct zelf zou voorspellen. Menselijke toxicologie komt pas later, maar ik denk dat we door de manier waarop we samenleven uiteindelijk moeten gaan accepteren dat er een klasse antibiotica komt die ook in een percentage van de proefpersonen tot schade blijvende leidt. Die kleine rakkers kunnen zich namelijk prima aanpassen en mensen gaan wat langzamer.

[sebastienbo]

"blowing it up?"

Als die explosies voor een paar scheetjes zorgt,dan vind ik het niet erg :-)

[Ramellose]

Hoewel dit een heel mooi resultaat is, is het helaas (zoals alle andere machine learning methodes) gebaseerd op een training set. Voor zover ik weet, betekent dit dat de ontdekte antibiotica zullen werken op dezelfde targets die voor E. coli al bekend zijn, en dat op dezelfde manier resistentie ontwikkeld kan worden.

Bacteriocins en faagtherapie hebben dit probleem minder. Ook hier is resistentie mogelijk, maar de werking is vaak zo anders dat een toffe aanvulling is op bestaande antibiotica. Die zijn nog zo nieuw dat een machine learning methode waarschijnlijk niet zo goed werkt. Uiteindelijk zal het waarschijnlijk nodig blijven dat we bioprospecting studies naar bijvoorbeeld sponzen blijven uitvoeren. Die krijgen helaas niet de glorie en financiering die deze onderzoekers hebben gekregen.

[vbmot]

Waren de Sovjets niet al een heel eind met hun onderzoek naar bacteriofagen?

[CivLord]

Ja, maar gepubliceerd in het Russisch, dus bestaat het voor de Westerse wetenschap niet.

[Brawler1986]

Zou mooi zijn dat we misschien op deze manier minder muizen nodig hebben om tot een goede oplossing te komen.

[GLaDTheresCake]

Er zal jammergenoeg alsnog op muizen getest worden na deze stap voor de voorzienbare toekomst. Dit omdat het nou eenmaal conclusiever is dan computer modellen ooit zijn. Maar elk stukje dat we niet in muizen testen is altijd mooi meegenomen natuurlijk.

[psychodude]

Dat er alsmog op muizen getest wordt is vooralsnog vaak zeker waar, maar het belangrijkst is wel de reductie in het totaal aantal dierexperimenten dat gereduceerd kan worden op deze wijze. Ethische belangen spelen hier natuurlijk een rol in, maar ook praktische en financiële belangen. Dierexperimenteel onderzoek is niet goedkoop en niet eenvoudig om goed te doen. Logistiek komt er het nodige bij kijken kan ik uit ervaring zeggen.

Dit soort ontwikkelingen zijn dan ook alleen maar aan te moedigen.

[separhim]

Het is mogelijk dat dit leidt tot meer onderzoek op muizen, schadelijke bijwerkingen moet eerst getest worden voordat een nieuwe compound kan worden gebruikt als antibiotica. Tenzij ze een A.I. kunnen ontwikkelen die dit op een of andere manier zou kunnen testen, zeer onwaarschijnlijk voorlopig, moeten al deze nieuwe potentiële compounds eerst getest in muizen worden getest voordat ze in de buurt van proefpersonen mogen komen.

[poststamp]

Of juist meer muizen, om de vele nieuwe stofjes te testen.

[dasiro]

de tijd dat beesten volgespoten worden met random spul is al makkelijk een eeuw voorbij en wordt er veel gerichter gezocht

[OxWax]

Helaas ...
https://en.wikipedia.org/wiki/Median_lethal_dose

[dasiro]

your point being? Die paar stoffen die er vermeldt staan hebben allemaal al een bewezen nut en er wordt gekeken wat een veilige marge is. Het gaat hier over onderzoek van zowat elke molecule die een bepaalde aandoening mogelijks zou kunnen verhelpen en mijn punt is dat je daarvoor nu niet meer telkens een hele batterij aan testdieren moet kweken/onderzoeken/afmaken, maar slechts voor een beperkt aantal.
Je kan nu eenmaal geen omelet bakken zonder eieren te breken of je kippen genetisch te manipuleren.

[TimMer]

Was het maar zo'n feest: er is een reden dat ik Stichting Proefdiervrij nog steeds maandelijks steun.

[dasiro]

dat zal dan wel een andere reden zijn, want tegenwoordig moet je die dingen serieus verantwoorden. Er zullen altijd proefdieren nodig zijn, tenzij je direct op mensen wil testen.

[wkleunen]

Maar hoelang nog tot we door alle antibiotica heen zijn en de meeste bacteriën resistent zijn? Als we effectiever kunnen zoeken, kunnen we ze sneller loslaten op bacteriën om resistent te worden. Zeker gezien hoe slordig nu met antibiotica wordt omgegaan.

Dokter, ik heb een ontsteking. Doe maar een kuurtje. Hoezo de kuur afmaken, ik ben toch al beter?

[Argantonis]

Maar hoelang nog tot we door alle antibiotica heen zijn en de meeste bacteriën resistent zijn? Als we effectiever kunnen zoeken, kunnen we ze sneller loslaten op bacteriën om resistent te worden. Zeker gezien hoe slordig nu met antibiotica wordt omgegaan.

Dokter, ik heb een ontsteking. Doe maar een kuurtje. Hoezo de kuur afmaken, ik ben toch al beter?

Dat een kuur afmaken zo belangrijk is voor antibiotica resistentie staat nogal onder discussie geloof ik.
https://www.bmj.com/content/358/bmj.j3418

[wkleunen]

Dat is 1 opinie stuk dat beargumenteerd dat er in de medische wereld nog te weinig bewijs is voor wat de lengte van een kuur zou moet zijn en dat er meer onderzoek nodig is voor wat de lengte van de kuur zou moeten zijn. Het is geen vrijbrief voor patienten om nu maar zelf te gaan dokteren.
https://www.henw.org/arti...r-niet-hoef-af-te-maken-0

[OxWax]

Dokter, ik heb een ontsteking. Doe maar een kuurtje. Hoezo de kuur afmaken, ik ben toch al beter?

Ook als het een virale ontsteking is?

[wkleunen]

Ik denk dat huisartsen best patienten krijgen die dat eisen inderdaad. En de huisarts dan uitlegt, dat dat geen zin heeft, dat het dan aan de huisarts ligt dat hij niet wil helpen. Het zal je verbazen.

[OxWax]

Dat, is helaas de trieste waarheid.
Pillencultuur, terwijl kwalen dikwijls te wijten zijn aan levensstijl : gebrek aan sport, voedselpatroon en de meeste kwaaltjes vanzelf overgaan

[CivLord]

Er zijn genoeg landen waar je antibiotica zonder doktersrecept bij de apotheek kunt halen.
Daar gaan mensen dus zelf dokteren en kopen ze antibiotica wanneer ze zichzelf ziek voelen, zoals wij paracetamol kopen tegen hoofdpijn.
Het bewijs dat het tegen alles, inclusief verkoudheid werkt, is dat ze na een paar dagen antibiotica slikken weer beter worden. Althans, zo ervaren ze het zelf, dat ze zonder de antibiotica net zo snel zouden zijn opgeknapt zien ze niet.
Schrale troost. Meestal gebruiken ze penicilline, dat lekker goedkoop is. Daar zijn al veel bacteriën resistent voor, dus het verergert het probleem niet al te veel. Maar daardoor blijven ze wel van de andere antibiotica af.

[TimMer]

Volgens mij is het een stuk interessanter om AI in te zetten voor verder onderzoek naar bacteriofagen, die een stuk effectiever en minder schadelijk zijn dan antibiotica en waar bacteriën bovendien niet immuun voor kunnen raken.

Maar ja: dat levert een stuk minder geld op aangezien je die niet kunt patenteren...

[Armselig]

Staat niet vermeld maar ze hebben het HALICIN vernoemd naar HAL uit 2001: A Space Odyssey.

[OxWax]

Inderdaad

This molecule, which the researchers decided to call halicin, after the fictional artificial intelligence system from "2001: A Space Odyssey," has been previously investigated as possible diabetes drug. The researchers tested it against dozens of bacterial strains isolated from patients and grown in lab dishes, and found that it was able to kill many that are resistant to treatment, including Clostridium difficile, Acinetobacter baumannii, and Mycobacterium tuberculosis. The drug worked against every species that they tested, with the exception of Pseudomonas aeruginosa, a difficult-to-treat lung pathogen.

https://www.technologynet...ic-developed-by-ai-331122

[De_Bastaard]

Waarom niet vol op bacteriofagen?

[OxWax]

Waarom niet vol op bacteriofagen?

Waarom wel? Wat zijn de voordelen tov AB's?

[Wevenhuis]

De tijd zal het leren.

[T2000Nl]

Ik doe zelf mee aan een onderzoek waarbij bloed en urine worden onderzocht op talloze waarden. Zo hoopt men aan de hand van big data in de toekomst aan de hand van markers ziekten in ontwikkeling te kunnen opsporen. Naar mijn mening, net als bovenstaand, toepassingen waar ik blij van word. Toch een ander verhaal dan risico profielen op sociale fraude bijvoorbeeld.

[jqv]

Voor mensen beginnen over een versnelling over een medicijn tegen Corona. Dat is een virus. Antibiotica werkt daar niet tegen.

[Ayporos]

Biology primer 101:

Bacteriën zijn levende organismen bestaande uit één enkel cel.
Virussen zijn in principe niet veel meer dan een stukje organisch DNA/RNA in een proteïne omhulsel.
Virussen zijn vélé mate kleiner dan Bacteriën.

Bacteriën doen hun eigen ding; een Virus klampt zich vast aan een levende cel van een ander organisme, injecteert haar DNA/RNA in die 'slachtoffer cel' en laat die levende cel al het werk doen (zichzelf uitputtend/kapotmakend terwijl het het Virus repliceert).

[Reactie gewijzigd door Ayporos op 22 juli 2024 14:19]

[regmaster]

We kunnen tegenwoordig zelf virussen 'maken' en deze ook weer bestrijden. In theorie zouden we dus een virus kunnen ontwikkelen die zich specifiek richt op kankercellen om deze zichzelf laten kapotmaken of zodanig laten uitputten dat standaard medicatie de resten kunnen opruimen. Of is dat te simpel gedacht?

[Ayporos]

Nee hoor.

Onderzoek naar kanker bestrijdende virussen en bacteriën is een serieus iets.

https://en.wikipedia.org/wiki/Oncolytic_virus

Kanker is echter wel nogal complex en heeft erg veel verschillende soorten, vormen, symptomen en werkingen. Dit maakt het vinden van een 'cure-all' oplossing erg lastig/onwaarschijnlijk.
Er zijn al redelijk wat effectieve methoden gevonden/bedacht om specifieke (soorten van) kanker te bestrijden.

Hier ook een leuke recente video:
https://www.youtube.com/watch?v=e-V_MDVgISo

[Reactie gewijzigd door Ayporos op 22 juli 2024 14:19]

[OxWax]

Of is dat te simpel gedacht?

Beetje,maar ...
Men kan wel een virus herprogrammeren met ander dna om bepaalde kankercellen te vernietigen.

Veel leesplezier
https://en.wikipedia.org/wiki/Cancer_immunotherapy

[ajolla]

En jij bedankt voor de uitleg van het verschil tussen een virus en een bacterie. Dat wisten wij als hoogopgeleide techneuten ook nog niet.

[Reactie gewijzigd door ajolla op 22 juli 2024 14:19]

[Floor]

#doeslief
Ik ken niet van iedereen zijn of haar professie maar ik vond het wel prettig om als "niet bioloog" deze informatie te kunnen leven.

[Reactie gewijzigd door Floor op 22 juli 2024 14:19]

[jqv]

Ik maakte maar een grap.
Een slechte dus.

Ik ga eraan werken.

[Ayporos]

Hahaha was niet per se bedoeld voor jou, meer voor mensen die jou post lezen en wellicht níet opgeleid bioloog zijn.

[CivLord]

Maar op dezelfde manier zou je ook kunnen zoeken naar stoffen met een antivirale werking.