Nowatorskie zastosowanie sztucznej inteligencji w walce z gruźlicą
W ramach swoich badań naukowcy opracowali „MycoBCP” – nową metodę wykorzystującą sztuczną inteligencję i uczenie głębokie do analizy bakterii Mycobacterium tuberculosis. Kluczowe było zastosowanie sieci neuronowych, które naśladują sposób działania ludzkiego mózgu, co umożliwia dokładniejszą i szybszą analizę mikroskopowych obrazów komórek patogenu.
Joseph Sugie, współautor badań i dyrektor technologiczny Linnaeus Bioscience, podkreśla: „Komórki gruźlicy często tworzą grudki i trudno je od siebie odróżnić. Dlatego zdecydowaliśmy się, by pozwolić komputerowi samodzielnie analizować wzorce w obrazach, eliminując ludzką subiektywność.”
Sztuczna inteligencja rewolucjonizuje badania nad gruźlicą
Firma Linnaeus Bioscience została założona w 2012 roku na bazie technologii opracowanych na Uniwersytecie Kalifornijskim. Od samego początku jej celem było przełamanie istniejących barier w rozumieniu działania antybiotyków na bakterie.
„Nie udałoby nam się uruchomić Linnaeus Bioscience bez wsparcia społeczności biotechnologicznej i infrastruktury, którą zapewnia JLABS” – podkreśla Pogliano. „Nasza platforma wykorzystująca AI to ogromny krok naprzód w walce z kryzysem antybiotykooporności.”
Nowa technologia – MycoBCP
„To pierwszy przypadek, gdy analiza obrazów bakterii przy użyciu machine learning i sztucznej inteligencji została zastosowana w taki sposób” – mówi profesor Joe Pogliano, jeden z autorów badań. „Tradycyjne metody diagnostyczne oraz oko ludzkie często nie są w stanie dostrzec subtelnych różnic w strukturze komórek. Sztuczna inteligencja pozwala zidentyfikować te różnice i odkryć kluczowe mechanizmy działania nowych leków.”
„Nasza metoda pozwala analizować bakterie w nowy sposób – niemal jakbyśmy przeprowadzali sekcję zwłok na poziomie komórkowym” – mówi Pogliano. Dzięki ulokowaniu firmy w tętniącym życiem środowisku biotechnologicznym San Diego, technologia BCP mogła szybko dotrzeć do innych instytucji i firm prowadzących podobne badania.
Wykorzystanie tysięcy obrazów do szkolenia sztucznej inteligencji
Gruźlica to poważne zagrożenie dla zdrowia publicznego, które w 2022 roku dotknęło ponad 10 milionów osób na całym świecie. Chorobę tę wywołuje Mycobacterium tuberculosis, bakteria przenoszona drogą powietrzną, która atakuje płuca i prowadzi do przewlekłego kaszlu, bólu w klatce piersiowej, zmęczenia, gorączki oraz utraty masy ciała. Choć gruźlica jest bardziej rozpowszechniona w niektórych rejonach świata, obecnie Stany Zjednoczone zmagają się z jednym z największych odnotowanych wybuchów epidemii – poważne ognisko zakażeń w Kansas doprowadziło już do dwóch zgonów.
Najnowsze badania opublikowane w prestiżowym czasopiśmie Proceedings of the National Academy of Sciences przedstawiają wykorzystanie sztucznej inteligencji w selekcji związków o potencjalnych właściwościach przeciwgruźliczych. Projekt badawczy został przeprowadzony przez naukowców z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego, Linnaeus Bioscience Inc. oraz Centrum Badań nad Globalnymi Chorobami Zakaźnymi w Seattle Children’s Research Institute.
Przełom w badaniach nad nowymi lekami
Oprócz Quach, Pogliano i Sugie, współautorami publikacji są Marc Sharp, Sara Ahmed, Lauren Ames, Amala Bhagwat, Aditi Deshpande i Tanya Parish.
Standardowym sposobem leczenia gruźlicy są antybiotyki, jednak pojawienie się opornych na leki szczepów wymusiło poszukiwanie nowych terapii. Odpowiedzią na to wyzwanie jest innowacyjne wykorzystanie sztucznej inteligencji do przyspieszenia procesu odkrywania nowych leków.
San Diego jako centrum biotechnologicznych innowacji
Linnaeus Bioscience połączyło siły z ekspertką ds. gruźlicy Tanyą Parish z Seattle Children’s Research Institute, by zaadaptować metodę BCP do mykobakterii. W efekcie powstał system znacznie przyspieszający badania nad lekoopornością i ułatwiający dobór najbardziej obiecujących związków do rozwoju nowych leków.
Linnaeus Bioscience to biotechnologiczna firma z San Diego, której działalność opiera się na technologii opracowanej przez naukowców z Uniwersytetu Kalifornijskiego. Stworzyli oni bakteryjną metodę cytologiczną (BCP), pozwalającą w ekspresowym tempie analizować sposób działania antybiotyków. Tradycyjne badania nad gruźlicą bywają skomplikowane i czasochłonne, głównie ze względu na trudności w określeniu mechanizmu działania nowych substancji na Mycobacterium tuberculosis. Właśnie te ograniczenia próbuje przezwyciężyć sztuczna inteligencja.
Przyszłość walki z gruźlicą i antybiotykoopornością
„Jednym z kluczowych kroków na drodze do opracowania nowych terapii jest zrozumienie, jak działają poszczególne substancje – a to jest technicznie trudne i czasochłonne” – zaznacza Parish. „Dzięki sztucznej inteligencji możemy błyskawicznie określić mechanizm działania leków i skupić się na najbardziej efektywnych molekułach.”
Opracowanie MycoBCP trwało ponad dwa lata. Zaawansowane algorytmy sieci neuronowych przeszkolono na ponad 46 tysiącach zdjęć bakterii gruźlicy. Wsparcie technologiczne projektu zapewniła Fundacja Billa i Melindy Gatesów, co dowodzi dużego znaczenia tej innowacji dla globalnego zdrowia publicznego.
Dzięki wsparciu ze strony innowacyjnych inicjatyw biotechnologicznych i akademickich, Linnaeus Bioscience zyskało dostęp do szerokiej sieci badawczej i inwestycyjnej. Wszystkie osoby zaangażowane w rozwój MycoBCP zdobyły stopnie naukowe na Uniwersytecie Kalifornijskim w San Diego, co czyni ten projekt doskonałym przykładem udanej współpracy badawczej i technologicznej.
