麻省理工学院的科学家们正在使用人工智能来瞄准“休眠”细菌

大多数抗生素针对代谢活跃的细菌，但有了人工智能，研究人员可以有效地筛选杀死休眠微生物的化合物。

　　

自20世纪70年代以来，现代抗生素的发现经历了一个平静期。现在，世界卫生组织宣布抗菌素耐药性危机为全球十大公共卫生威胁之一。

当反复治疗感染时，临床医生冒着细菌对抗生素产生耐药性的风险。但是为什么在适当的抗生素治疗后感染还会复发呢?一种有充分证据证明的可能性是，细菌正在变得代谢惰性，逃避了只对代谢活动起作用的传统抗生素的检测。当危险过去后，细菌又复活了，感染又出现了。

关于细菌“类似睡眠者”的恢复能力的故事对科学界来说并不是什么新闻——近年来，在太平洋海底发现了可追溯到1亿年前的古老细菌菌株，它们以一种节能的状态存活着。

麻省理工学院贾米尔诊所生命科学系主任James J. Collins是麻省理工学院医学工程与科学研究所和生物工程系的医学工程与科学教授，他最近因利用人工智能发现一类新的抗生素而上了头条，这是该小组利用人工智能大幅扩大现有抗生素的更大使命的一部分。

根据《The Lancet》发表的一篇论文，在2019年如果感染对药物敏感，127万人的死亡是可以避免的，研究人员面临的众多挑战之一是找到能够靶向代谢休眠细菌的抗生素。在这种情况下，Collins实验室的研究人员利用人工智能加快了在已知药物化合物中发现抗生素特性的过程。

“随着时间的推移，耐药性的发生越来越多，反复出现的感染是由于这种休眠，”麻省理工学院武田学院的前研究员(麻省理工学院Abdul Latif Jameel健康机器学习诊所的中心)Jackie Valeri说。Valeri是本月发表在《Cell Chemical Biology》杂志上的一篇新论文的第一作者，该论文展示了机器学习如何帮助筛选对休眠细菌致命的化合物。

由于有数百万个分子，这个过程可能需要数年时间，但研究人员能够在一个周末内识别出一种名为semapimod的化合物，这要归功于人工智能进行高通量筛选的能力。一种通常用于克罗恩病的消炎药，研究人员发现semapimod对静止期大肠杆菌和鲍曼不动杆菌也有效。另一个发现是semapimod能够破坏所谓的“革兰氏阴性”细菌的膜，这种细菌因其较厚、不易穿透的外膜而对抗生素具有较高的内在耐药性而闻名。

革兰氏阴性菌的例子包括大肠杆菌、鲍曼假单胞菌、沙门氏菌和假单胞菌，所有这些都是寻找新的抗生素的挑战。

Valeri解释说:“我们发现sema机制的方法之一是它的结构非常大，这让我们想起了其他针对外膜的东西。当你开始研究很多小分子时在我们看来，这是一个非常独特的结构。”

通过破坏外膜的一个成分，semapimod使革兰氏阴性细菌对通常只对革兰氏阳性细菌有效的药物敏感。

Valeri回忆起2013年发表在《Trends Biotechnology》上的一篇论文中的一句话:“对于革兰氏阳性感染，我们需要更好的药物，但对于革兰氏阴性感染，我们需要任何药物。”