الذكاء الاصطناعي يبتكر مضادات حيوية جديدة تقهر البكتيريا المقاومة للأدوية

في إنجاز علمي غير مسبوق، قد يغير مسار الحرب ضد العدوى المقاومة للعلاج، نجح فريق من الباحثين في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا «MIT» في استخدام الذكاء الاصطناعي التوليدي لتصميم مركبات دوائية جديدة. هذه المركبات أظهرت قدرة فائقة على القضاء على سلالات خطيرة من البكتيريا، مثل النيسرية البنية المسببة لمرض السيلان، والمكورات العنقودية الذهبية المقاومة للميثيسيلين «MRSA»، التي تهدد حياة الآلاف حول العالم.

استخدم الفريق منهجيتين مختلفتين لتصميم هذه المضادات الحيوية المبتكرة. وقد أسفر البحث عن مركبات واعدة، كان أبرزها مركب أظهر فعالية استثنائية ضد بكتيريا MRSA.
وفقًا لموقع معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا «MIT» المتخصص في أبحاث الذكاء الاصطناعي، صمَّم فريق بحثي أكثر من 36 مليون مركب محتمل باستخدام خوارزميات الذكاء الاصطناعي التوليدي، ثم قام بفحصها حاسوبيًا لتقييم خصائصها المضادة للميكروبات. تتميز هذه المركبات المكتشفة بكونها مختلفة هيكليًا عن أي مضادات حيوية موجودة حاليًا، ويبدو أنها تعمل بآليات جديدة تمامًا، مثل تدمير أغشية الخلايا البكتيرية. وقد سمحت هذه المنهجية للباحثين بتوليد مركبات نظرية لم تُكتشف من قبل، في خطوة تهدف إلى تصميم مركبات فعالة ضد أنواع أخرى من البكتيريا في المستقبل.
يقول الدكتور جيمس كولينز، أستاذ الهندسة الطبية والعلوم في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا: «نحن متحمسون للإمكانات الجديدة التي يفتحها هذا المشروع في مجال تطوير المضادات الحيوية. يبرهن عملنا على قوة الذكاء الاصطناعي في تصميم الأدوية، ويتيح لنا استكشاف فضاءات كيميائية أوسع بكثير كانت في السابق بعيدة المنال». وقد نُشرت الدراسة في مجلة Cell، وشارك في تأليفها كل من آرتي كريشنان، وميليس أناهتار، وجاكلين فاليري.

أمل جديد في مكافحة البكتيريا
على مدار الـ 45 عامًا الماضية، وافقت إدارة الغذاء والدواء الأمريكية «FDA» على عشرات المضادات الحيوية الجديدة، لكنها كانت غالبًا مجرد تعديلات على أدوية موجودة. وفي ظل هذه التحديات، تتزايد المقاومة البكتيرية للأدوية بشكل خطير، حيث تشير التقديرات العالمية إلى أن العدوى المقاومة للأدوية تتسبب في وفاة ما يقرب من 5 ملايين شخص سنويًا.
لمواجهة هذه الأزمة، استثمر الدكتور كولينز وزملاؤه في مشروع «المضادات الحيوية والذكاء الاصطناعي» قوة الذكاء الاصطناعي لفحص مكتبات ضخمة من المركبات الكيميائية، مما أدى إلى اكتشاف مرشحات واعدة مثل الهاليسين والأباوسين.
وبناءً على هذا النجاح، قرر الفريق توسيع نطاق بحثهم ليشمل جزيئات غير موجودة في أي مكتبات كيميائية. وباستخدام الذكاء الاصطناعي لتوليد جزيئات افتراضية جديدة تمامًا، تمكنوا من استكشاف مجموعة هائلة من المركبات الدوائية المحتملة. 

منهجيتان ثوريتان في تصميم المضادات الحيوية
اتبعت الدراسة استراتيجيتين متكاملتين. الأولى ركزت على تصميم الجزيئات باستخدام خوارزميات الذكاء الاصطناعي بناءً على جزء كيميائي أظهر فعالية ضد الميكروبات. بينما كانت الاستراتيجية الثانية أكثر انفتاحًا، حيث سمحت للذكاء الاصطناعي بتوليد جزيئات بحرية، مما أتاح استكشاف فضاء كيميائي أوسع.

اكتشاف مركب NG1 وآلية عمله
في هذه المرحلة من البحث، استهدف العلماء بكتيريا النيسرية البنية، حيث قاموا بفرز مكتبة ضخمة من الأجزاء الكيميائية. قادهم التحليل الحاسوبي إلى تحديد جزء واعد أطلقوا عليه F1، والذي استخدموه كقاعدة أساسية لتوليد مركبات إضافية بواسطة خوارزميات الذكاء الاصطناعي.
وكانت النتيجة اكتشاف مركب قوي يُسمى NG1. أثبت هذا المركب فعاليته في قتل بكتيريا النيسرية البنية في المختبر وفي نموذج حيواني. وأظهرت الدراسات اللاحقة أن NG1 يستهدف بروتينًا جديدًا يُدعى LptA، الذي يلعب دورًا أساسيًا في تكوين الغشاء الخارجي للخلية البكتيرية.

مضادات حيوية واسعة التأثير
من بين هذه المركبات، أظهرت ستة منها نشاطًا قويًا مضادًا للبكتيريا ضد سلالات المكورات العنقودية الذهبية المقاومة لأدوية متعددة. وكان أبرزها مركب DN1، الذي نجح في علاج عدوى جلدية ببكتيريا MRSA في نموذج فأر. ويبدو أن هذه الجزيئات تعمل أيضًا عن طريق التداخل مع أغشية الخلايا البكتيرية، ولكن بتأثيرات أوسع لا تقتصر على بروتين محدد.

اختبار المركبات على أمراض فتاكة أخرى
تعمل منظمة Phare Bio، الشريك في المشروع، على تعديل المركبين NG1 وDN1 لتهيئتهما لمزيد من الاختبارات. وفي هذا الصدد، يؤكد كولينز أن الفريق متحمس لتطبيق المنصات التي طورها على مسببات أمراض بكتيرية أخرى، مثل المتفطرة السلية (المسببة للسل) والزائفة الزنجارية.
يُعد هذا البحث إنجازًا ثوريًا في مجال اكتشاف الأدوية، ويؤكد على الدور المحوري الذي سيلعبه الذكاء الاصطناعي في مكافحة التهديدات الصحية العالمية المستقبلية.

 

أخبار ذات صلة الذكاء الاصطناعي يسرّع تطوير اللقاحات والعلاجات كيف يقرأ الذكاء الاصطناعي أنشطتك من ساعتك الذكية؟

المصدر: صحيفة الاتحاد