Halicina: ecco cosa può fare l’intelligenza artificiale per la chimica farmaceutica
Il 21 Febbraio, Regina Barzilay e James Collins hanno pubblicato su Cell Press l’articolo “A Deep Learning Approach to Antibiotic discovery”, focalizzando l’attenzione su una molecola antibiotica innovativa sia dal punto di vista produttivo che dal punto di vista chimico-strutturale.
Cos’è l’Halicina e come è stata scoperta?
La Halicina è il primo antibiotico scoperto tramite l’utilizzo dell’intelligenza artificiale, o più precisamente, del machine learning.
L’AI (intelligenza artificiale) è stata usata nel processo di ricerca di nuove molecole ed è la prima volta che identifica nuovi tipi di antibiotici senza usare modelli umani.
All’algoritmo è stato fornito un dataset de novo di molecole attive contro E. coli, con una libreria, approvata dalla FDA e che contiene 1760 strutture molecolari. A queste sono stati aggiunti 800 prodotti naturali isolati da piante, animali e risorse microbiologiche, per un totale di 2560 potenziali molecole antibiotiche attive contro la crescita di E.coli.
Dopo il confronto con diverse librerie di molecole, dalla lista delle strutture candidate è stata isolata la Halicina: una molecola antibiotica con una struttura completamente diversa da quella degli antibiotici tradizionali. Presenta, infatti, gruppi funzionali differenti ed è stata precisamente classificata come un inibitore della chinasi c-Jun N-terminale SU3327.
Solo l’Halicina?
Insieme alla Halicina, sono stati identificati otto nuovi potenziali composti con strutture molecolari molto diverse dagli antibiotici conosciuti finora.
Il team di Collins non ha solo identificato possibili molecole candidate, ma le ha anche validate tramite test in vivo. Sperimentando su modelli murini, hanno rilevato non solo un’attività inibitoria sulla proliferazione di E. coli, ma anche su quella del Clostridioides difficile.
La Halacina ha dimostrato una rapida inibizione della crescita, in particolare, di due ceppi batterici isolati: Mycobacterium tubercolosis e Acinetobacter baumannii. Secondo la World Health Organisation, questi sono le specie di batteri che necessitano maggiormente nuove terapie.
Perché è importante questa scoperta?
E’ la prima volta che l’intelligenza artificiale applicata alla chimica farmaceutica risulta essere in grado sia di isolare una molecola attiva in vivo sia di identificarne altre potenziali con simile indicazione terapeutica.
Il machine learning, infatti, non è mai risultato efficace nella ricerca di molecole: queste venivano
elaborate tramite una descrizione di testo, il che rendeva la ricerca da parte dell’algoritmo molto difficile e fallimentare.
Il team di Collins ha, invece, messo a disposizione dell’AI le strutture chimiche, descritte come insieme di atomi. In questo modo è stato più semplice trovare analogie tra le molecole proposte all’algoritmo e trovare quelle potenzialmente attive.
Il processo, inoltre, non è costoso e non richiede particolari risorse in laboratorio: è stato scelto affinché sia riproducibile anche per altri studi e applicabile in altre ricerche.
Prospettive?
L’auspicio è quello che questa tecnica si possa, in futuro, usare anche per scoprire molecole attive sul cancro e su patologie neurodegener
ative che necessitano di un approccio terapeutico più diversificato.
L’Halicina poi, potrà aprire la strada ad una classe di antibiotici innovativi e strutturalmente diversi dagli antibiotici finora in commercio: un dato positivo è quello dell’assenza di resistenza batterica, tipica di molti ceppi batterici che modificano le loro caratteristiche di membrana per difendersi.
Perché è importante ricercare nuove molecole antibiotiche?
La ricerca di nuovi antibiotici è molto importante: la resistenza batterica agli antibiotici ha un forte impatto sull’uomo, sugli animali e sull’ambiente,
e si stima che possa uccidere 10 milioni di persone entro il 2050. Questi farmaci si impiegano eccessivamente in medicina veterinaria, nell’industria alimentare e, inoltre, se ne abusa per il trattamento di condizioni di lieve entità quali i primi sintomi di mal di gola, tosse o qualche linea di febbre senza prima consultare il medico. Questo è un atteggiamento sbagliato e assolutamente da evitare.
E’ necessario che il medico valuti la patologia in corso tramite una visita ambulatoriale per valutare se l’infezione è di natura virale o batterica. Solo nel secondo caso, in base alla gravità, è il caso di ricorrere alla terapia antibiotica.
Gli antibiotici sono l’unica arma a nostra disposizione contro i batteri patogeni: se usati inutilmente permettono ai patogeni di sviluppare antibiotico-resistenza.
Perciò, nonostante la scoperta dell’Halicina sia promette
Usare solo se prescritto dal medico e rispettare la posologia e la durata della terapia.nte, non è opportuno abusare degli antibiotici. E’ necessario seguire le linee guida rispetto all’uso di una terapia antibiotica al fine di evitare la triste previsione del 2050, ovvero la morte di 10 milioni di persone a causa dell’antibiotico resistenza.
Fonti:
https://www.nature.com/articles/d41586-020-00018-3 https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(20)30102-1 http://www.salute.gov.it/portale/p5_1_2.jsp?lingua=italiano&id=219
