เรากำลังอยู่ในยุคหลังการใช้ยาปฏิชีวนะที่อันตราย เอไอสามารถช่วยได้
ในช่วงเวลาที่คุณต้องอ่านบทความนี้บุคคลหนึ่งในสหรัฐฯ จะเสียชีวิตจากการติดเชื้อที่ยาปฏิชีวนะไม่สามารถรักษาได้อย่างมีประสิทธิภาพอีกต่อไป
และตลอดทั้งปีนี้ผู้คนกว่า 700,000 คนทั่วโลกจะเสียชีวิตจากการติดเชื้อที่ดื้อยา ยอดผู้เสียชีวิตประจำปีนั้นอาจเพิ่มขึ้นเป็น 10 ล้านคนภายในปี 2050 รายงานสำคัญของสหประชาชาติเพิ่งเตือนว่า หากเราไม่ทำการเปลี่ยนแปลงที่รุนแรง
ป้อนปัญญาประดิษฐ์
เป็นครั้งแรกที่นักวิจัย AI ได้ค้นพบวิธีการระบุยาปฏิชีวนะชนิดใหม่โดยการฝึกอบรมโครงข่ายประสาทเทียมเพื่อคาดการณ์ว่าโมเลกุลใดจะมีคุณสมบัติในการฆ่าเชื้อแบคทีเรีย พวกเขาเพิ่งตีพิมพ์ผลการวิจัยในวารสารCell
ทีมวิจัยที่ MIT ได้พบสารประกอบใหม่ที่ทำงานกับสายพันธุ์ M. tuberculosis, C. difficile, A. baumannii และเชื้อโรคอื่นๆ ที่ดื้อยาเมื่อทดสอบในหนูทดลอง พวกเขาตั้งชื่อมันว่าฮาลิซิน – ตาม HAL ซึ่งเป็นระบบ AI ในปี 2544: A Space Odyssey – และใช้คำว่า “น่าตื่นเต้น” ห้าครั้งเมื่ออธิบายการค้นพบของพวกเขาในการศึกษา เข้าใจได้ง่ายว่าทำไม: นี่เป็นช่วงเวลาที่น่าตื่นเต้นสำหรับทั้งชุมชน AI และชุมชนด้านสาธารณสุขอย่างแท้จริง และอีกไม่นานก็ใกล้จะมาถึงแล้ว
CDC เตือนในเดือนพฤศจิกายนว่าขณะนี้เรากำลังเข้าสู่ยุคหลังการใช้ยาปฏิชีวนะ ซึ่งเป็นช่วงเวลาที่ยาปฏิชีวนะของเราแทบจะไร้ประโยชน์ เราได้สร้างวิกฤตนี้ขึ้นโดยการใช้ยาปฏิชีวนะมากเกินไปในการรักษามนุษย์ สัตว์ และพืชผล แบคทีเรียได้ปรับตัวให้เข้ากับยาของเรา แปรสภาพเป็นซุปเปอร์บักที่สามารถทำลายสุขภาพของเราได้ง่ายเกินไป
บริษัทยายักษ์ใหญ่และเทคโนโลยีชีวภาพไม่ได้ผลิตยาปฏิชีวนะชนิดใหม่ เนื่องจากต้องใช้เวลาหลายปีและต้องใช้เงินทุนจำนวนมากในการวิจัยและพัฒนา สารประกอบใหม่ส่วนใหญ่ล้มเหลว แม้ว่าพวกเขาจะประสบความสำเร็จ ผลตอบแทนก็น้อย: ยาปฏิชีวนะไม่ได้ขายเช่นเดียวกับยาที่ต้องกินทุกวัน ดังนั้นสำหรับบริษัทยาหลาย แห่ง แรงจูงใจทางการเงินไม่ได้อยู่ที่นั่น
เมื่อพิจารณาถึงความชะงักงันนี้ นักวิจัยของ MIT คิดว่า: จะเกิดอะไรขึ้นถ้าเราสามารถใช้ AI เพื่อเพิ่มความเร็วในการค้นพบยาปฏิชีวนะและลดต้นทุนได้ และนั่นคือสิ่งที่พวกเขาทำ
César de la Fuenteนักชีววิศวกรรมแห่งมหาวิทยาลัยเพนซิลเวเนีย ซึ่งทำงานเกี่ยวกับ AI และยาปฏิชีวนะ และผู้ที่ไม่เกี่ยวข้องกับการศึกษาของ MIT กล่าวว่า “ผมคิดว่านี่เป็นความก้าวหน้าครั้งสำคัญในด้านความต้องการ ที่ไม่ได้รับการตอบสนองมากนัก “ท้ายที่สุดแล้ว ไม่มีการค้นพบยาปฏิชีวนะกลุ่มใหม่มานานหลายทศวรรษแล้ว สิ่งนี้มีโครงสร้างที่แตกต่างจากยาปฏิชีวนะทั่วไปอย่างแน่นอน”
นี่คือวิธีที่ AI พบยาปฏิชีวนะชนิดใหม่
AI เก่งในการกลั่นกรองข้อมูลจำนวนมาก และการค้นพบยาปฏิชีวนะก็ต้องการเพียงแค่นั้น ขณะนี้นักวิทยาศาสตร์สามารถเข้าถึงชุดข้อมูลขนาดยักษ์ในรูปแบบของห้องสมุดเคมี ซึ่งรวบรวมสารประกอบที่รู้จักนับล้านรายการ และในขณะที่มนุษย์อาจต้องใช้เวลาหลายปีในการค้นหาตัวเลือกจำนวนมากสำหรับโมเลกุลมหัศจรรย์นั้น โครงข่ายประสาทเทียมสามารถทำงานได้ภายในเวลาไม่กี่วัน
ในการเริ่มต้น นักวิจัยที่อยู่เบื้องหลังการศึกษาของ Cell ได้ฝึกโครงข่ายประสาทเทียมเพื่อระบุโมเลกุลที่ต่อสู้กับแบคทีเรีย E. coli โดยให้ข้อมูลแก่โมเลกุล 2,335 โมเลกุลที่เราทราบดีว่ามีคุณสมบัติต้านเชื้อแบคทีเรีย จากนั้นพวกเขาก็ได้แบบจำลองเพื่อผ่านห้องสมุดเคมีหลายแห่งที่มีโมเลกุลมากถึง 107 ล้านโมเลกุล และทำนายว่าสิ่งใดที่อาจต่อสู้กับ E. coli ได้อย่างมีประสิทธิภาพ — ในขณะที่คัดกรองสิ่งที่คล้ายกับยาปฏิชีวนะที่เรามีอยู่แล้ว ในที่สุด พวกเขาก็เลือกเพลงฮิตที่มีแนวโน้มมากที่สุดประมาณ 100 รายการและทดสอบพวกเขาทางร่างกายในห้องแล็บ
โมเลกุลที่พวกเขาขนานนามว่าฮาลิซินนั้นสามารถฆ่าเชื้อแบคทีเรียต่างๆ ได้ดีเยี่ยม ไม่เพียงแต่ E. coli เมื่อทำการทดสอบในหนูทดลองเท่านั้น เหนือสิ่งอื่นใด หนูไม่พัฒนาความต้านทานต่อฮาลิซิน แม้หลังจากผ่านไป 30 วัน (การต้านทานต่อสารประกอบอื่นๆ บางครั้งอาจพัฒนาได้ภายในหนึ่งหรือสองวัน) นั่นเป็นสิ่งสำคัญ จะไม่มีประโยชน์ในการพัฒนายาใหม่เพียงเพื่อให้มันและตกเป็นเหยื่อของการดื้อยาทันที
การศึกษาแสดงให้เห็นว่า AI สามารถช่วยให้นักวิทยาศาสตร์ตาบอดซึ่งอาจคุ้นเคยกับการแก้ปัญหาในลักษณะเฉพาะได้อย่างไร โครงข่ายประสาทเทียมที่ค้นพบยาชนิดใหม่ที่มีโครงสร้างได้ทำเช่นนั้นโดยไม่ทราบรูปแบบที่มนุษย์ระบุถึงลักษณะการทำงานของโมเลกุลต่างๆ กล่าวคือไม่มีสมมติฐานที่ตั้งโปรแกรมไว้ล่วงหน้า ไม่มีการจำกัดอคติ
Regina Barzilay ผู้เขียนร่วมของการศึกษา กล่าวว่า “ด้วยเหตุนี้ โมเดลจึงสามารถเรียนรู้รูปแบบใหม่ๆ ที่ผู้เชี่ยวชาญของมนุษย์ไม่รู้จัก”
นี่ไม่ใช่ครั้งแรกที่ AI ได้แสดงสัญญาในการค้นคว้ายา เมื่อเดือนที่แล้ว บริษัทสตาร์ทอัพสัญชาติอังกฤษชื่อ Exscientia อ้างว่าได้ทำยาตัวแรกที่ออกแบบโดย AI ซึ่งจะทำการทดสอบทางคลินิกกับมนุษย์ ยานั้นมีไว้สำหรับโรคย้ำคิดย้ำทำ
ที่เกี่ยวข้อง
การรักษาการติดเชื้อครั้งต่อไปอาจมาจากสิ่งปฏิกูล
นักวิจัยคนอื่นๆ กำลังใช้ AI ในการล่ายาปฏิชีวนะโดยเฉพาะ แต่กำลังใช้แนวทางที่ต่างไปจากที่ MIT โปรดปราน แทนที่จะเลือกโมเลกุลที่รู้จักจากฐานข้อมูลและดูว่าสิ่งใดสามารถฆ่าเชื้อแบคทีเรียได้ดีที่สุด เดอ ลา ฟูเอนเตของเพนน์ใช้คอมพิวเตอร์เพื่อออกแบบโมเลกุลใหม่โดยสิ้นเชิงไม่เหมือนที่เราเห็นในธรรมชาติ
“สมมติฐานที่ฉันมีคือบางทีโลกธรรมชาติอาจไม่มีแรงบันดาลใจ” เดอ ลา ฟูเอนเตกล่าว “บางทีเราอาจจะพบโมเลกุลที่น่าสนใจส่วนใหญ่ที่ธรรมชาติสร้างขึ้นด้วยคุณสมบัติของยาปฏิชีวนะที่มีประโยชน์ ดังนั้นจึงถึงเวลาที่จะต้องมองหาที่อื่น เป็นไปได้มากว่ายาปฏิชีวนะรุ่นต่อไปจะไม่ได้มาจากธรรมชาติ แต่มาจากเครื่องจักร”
อย่างไรก็ตาม เขาได้เพิ่มคำเตือน “AI นำเสนอวิธีการนอกกรอบที่น่าตื่นเต้นในการค้นหายาปฏิชีวนะชนิดใหม่ แต่สิ่งนี้ไม่สามารถแก้ปัญหาทั้งหมดได้” เขากล่าว เรายังคงต้องหยุดการใช้ยาปฏิชีวนะมากเกินไป ซึ่งเป็นตัวขับเคลื่อนวิกฤตการดื้อยา
สำหรับฮาลิซิน สารประกอบใหม่ที่ค้นพบโดยทีม MIT ขั้นตอนต่อไปคือการทดสอบในการทดลองทางคลินิก สารประกอบจำนวนมากที่ทำงานในหนูไม่ได้ผลในมนุษย์ดังนั้นสำหรับตอนนี้ เราควรจำกัดการมองโลกในแง่ดีของเราไว้ที่ความหลากหลายที่ระมัดระวัง แม้ว่าฮาลิซินจะมีประสิทธิภาพสูงในมนุษย์ แต่ก็ต้องใช้เวลาหลายปีกว่าที่คุณจะสามารถใช้เป็นยาปฏิชีวนะที่พร้อมสำหรับการจัดเก็บได้
อย่างไรก็ตาม นี่เป็นเรื่องที่น่ายินดีและเป็นความก้าวหน้าครั้งสำคัญ: การดื้อยาเป็นหนึ่งในฝันร้ายด้านสาธารณสุขที่เลวร้ายที่สุดของเรา และ AI ก็กำลังสร้างความก้าวหน้าที่น่าประทับใจในการแก้ไขปัญหานี้
ลงชื่อสมัครรับจดหมายข่าว Future Perfectแล้วเราจะส่งแนวคิดและวิธีแก้ปัญหาให้คุณเพื่อจัดการกับความท้าทายที่ใหญ่ที่สุดในโลก และวิธีทำให้ดีขึ้นในการทำความดี
