AI ออกแบบยาปฏิชีวนะใหม่สู้เชื้อโรคหนองในและเชื้อดื้อยา MRSA

Key takeaway

• AI ได้พัฒนายาปฏิชีวนะใหม่ 2 ชนิดที่มีประสิทธิภาพในการต่อสู้กับเชื้อหนองในและ MRSA ที่ดื้อยา โดยใช้เทคโนโลยี generative AI ในการออกแบบโครงสร้างระดับโมเลกุลอย่างละเอียด
• ทีมวิจัยจาก MIT ได้ใช้ AI วิเคราะห์สารประกอบกว่า 36 ล้านชนิด และฝึกให้ AI เรียนรู้โครงสร้างทางเคมีที่สามารถยับยั้งการเติบโตของแบคทีเรีย ซึ่งอาจเป็นจุดเริ่มต้นของ "ยุคทองครั้งที่สอง" ในการค้นพบยาปฏิชีวนะ
• แม้จะมีผลการทดลองที่น่าพอใจทั้งในห้องปฏิบัติการและในสัตว์ทดลอง แต่ยาที่พัฒนาขึ้นยังต้องผ่านการปรับแต่งและการทดสอบทางคลินิกอีกหลายปี รวมถึงต้องพิจารณาความคุ้มค่าทางเศรษฐกิจในการผลิตเชิงพาณิชย์

ปัญญาประดิษฐ์ได้พัฒนายาปฏิชีวนะใหม่สองชนิดที่มีศักยภาพในการกำจัดเชื้อหนองในและ MRSA ที่ดื้อยาได้อย่างมีประสิทธิภาพ

ยาทั้งสองชนิดถูกออกแบบโดย AI แบบละเอียดระดับอะตอม และได้แสดงประสิทธิภาพในการฆ่าเชื้อดื้อยาทั้งในการทดลองในห้องปฏิบัติการและในสัตว์ทดลอง

อย่างไรก็ตาม สารประกอบเหล่านี้ยังต้องผ่านการปรับแต่งและทดสอบทางคลินิกอีกหลายปีก่อนที่จะสามารถนำมาใช้จริงได้

ทีมวิจัยจาก Massachusetts Institute of Technology (MIT) เชื่อว่า AI อาจเป็นจุดเริ่มต้นของ "ยุคทองครั้งที่สอง" ในการค้นพบยาปฏิชีวนะ

ปัจจุบันการติดเชื้อดื้อยาทำให้มีผู้เสียชีวิตมากกว่าหนึ่งล้านคนต่อปี เนื่องจากการใช้ยาปฏิชีวนะมากเกินไปทำให้แบคทีเรียพัฒนาตัวเองเพื่อต้านทานยา และในช่วงหลายทศวรรษที่ผ่านมามีการพัฒนายาปฏิชีวนะชนิดใหม่น้อยมาก

ในอดีต นักวิจัยได้ใช้ AI เพื่อค้นหาสารเคมีที่มีอยู่แล้วนับพันชนิดเพื่อระบุตัวเลือกที่มีศักยภาพเป็นยาปฏิชีวนะใหม่

ล่าสุด ทีม MIT ได้พัฒนาต่อยอดโดยใช้ generative AI ในการออกแบบยาปฏิชีวนะเฉพาะสำหรับโรคหนองในและเชื้อ MRSA (methicillin-resistant Staphylococcus aureus) ซึ่งอาจเป็นอันตรายถึงชีวิต

การศึกษาที่ตีพิมพ์ในวารสาร Cell ได้วิเคราะห์สารประกอบกว่า 36 ล้านชนิด รวมถึงสารที่ยังไม่เคยมีอยู่หรือยังไม่ถูกค้นพบ

นักวิทยาศาสตร์ได้ฝึก AI โดยป้อนข้อมูลโครงสร้างทางเคมีของสารประกอบที่รู้จักพร้อมข้อมูลว่าสารเหล่านั้นยับยั้งการเติบโตของแบคทีเรียต่างๆ ได้หรือไม่ จากนั้น AI เรียนรู้ว่าโครงสร้างโมเลกุลแบบต่างๆ ที่ประกอบด้วยอะตอมของคาร์บอน ออกซิเจน ไฮโดรเจน และไนโตรเจน ส่งผลต่อแบคทีเรียอย่างไร

ทีมวิจัยได้ทดลองสองวิธีในการออกแบบยาปฏิชีวนะใหม่ด้วย AI วิธีแรกคือการค้นหาจุดเริ่มต้นที่มีศักยภาพจากฐานข้อมูลชิ้นส่วนทางเคมีหลายล้านชิ้นที่มีขนาด 8-19 อะตอม แล้วพัฒนาต่อยอด วิธีที่สองคือการปล่อยให้ AI ออกแบบอย่างอิสระตั้งแต่เริ่มต้น

กระบวนการออกแบบยังรวมถึงการคัดกรองสารที่คล้ายกับยาปฏิชีวนะที่มีอยู่แล้วมากเกินไป และพยายามให้แน่ใจว่ากำลังสร้างยาจริงๆ ไม่ใช่สบู่ รวมทั้งคัดกรองสารที่อาจเป็นพิษต่อมนุษย์

หลังจากผลิตแล้ว การออกแบบที่ดีที่สุดได้รับการทดสอบกับแบคทีเรียในห้องปฏิบัติการและในหนูที่ติดเชื้อ ส่งผลให้ได้ยาที่มีศักยภาพสองชนิด

ศาสตราจารย์ James Collins จาก MIT เปิดเผยกับ BBC ว่า "เรารู้สึกตื่นเต้นเพราะเราได้แสดงให้เห็นว่า generative AI สามารถใช้ในการออกแบบยาปฏิชีวนะที่สมบูรณ์แบบได้ AI ช่วยให้เราคิดค้นโมเลกุลได้อย่างประหยัดและรวดเร็ว และด้วยวิธีนี้ จะขยายคลังแสงของเราและให้ความได้เปรียบในการต่อสู้กับยีนของเชื้อดื้อยา"

ทั้งนี้ ยาดังกล่าวยังไม่พร้อมสำหรับการทดลองทางคลินิกและต้องมีการปรับแต่งอีก ซึ่งคาดว่าจะใช้เวลาอีก 1-2 ปีก่อนเริ่มการทดสอบในมนุษย์

Dr. Andrew Edwards จาก Fleming Initiative และ Imperial College London กล่าวว่างานวิจัยนี้ "มีความสำคัญอย่างยิ่ง" และมี "ศักยภาพมหาศาล" เนื่องจาก "แสดงให้เห็นถึงวิธีการใหม่ในการค้นหายาปฏิชีวนะชนิดใหม่"

แต่เขาเสริมว่า "แม้ AI จะมีสัญญาณว่าจะปรับปรุงการค้นพบและพัฒนายาอย่างมาก แต่เรายังคงต้องทำงานหนักในเรื่องการทดสอบความปลอดภัยและประสิทธิภาพ" ซึ่งอาจเป็นกระบวนการที่ยาวนานและมีค่าใช้จ่ายสูง โดยไม่มีการรับประกันว่ายาทดลองจะถูกนำไปใช้กับผู้ป่วยจริงในที่สุด

ผู้เชี่ยวชาญบางท่านเรียกร้องให้มีการพัฒนาการค้นพบยาด้วย AI ในวงกว้างมากขึ้น ศาสตราจารย์ Collins กล่าวว่า "เราต้องการโมเดลที่ดีกว่านี้" ที่ก้าวข้ามจากการทดสอบประสิทธิภาพในห้องปฏิบัติการไปสู่โมเดลที่สามารถทำนายประสิทธิผลในร่างกายมนุษย์ได้แม่นยำยิ่งขึ้น

นอกจากนี้ยังมีความท้าทายในการผลิตยาที่ออกแบบโดย AI จากยารักษาโรคหนองใน 80 ชนิดที่ออกแบบในทฤษฎี มีเพียง 2 ชนิดเท่านั้นที่สามารถสังเคราะห์ได้จริง

ศาสตราจารย์ Chris Dowson จาก University of Warwick กล่าวว่าการศึกษานี้ "เจ๋งมาก" และแสดงให้เห็นว่า AI เป็น "ก้าวสำคัญในฐานะเครื่องมือสำหรับการค้นพบยาปฏิชีวนะเพื่อแก้ปัญหาการดื้อยา" อย่างไรก็ตาม เขาชี้ให้เห็นว่ายังมีปัญหาทางเศรษฐกิจที่เกี่ยวข้องกับการติดเชื้อดื้อยา - "คุณจะผลิตยาที่ไม่มีมูลค่าทางการค้าได้อย่างไร?" หากมีการคิดค้นยาปฏิชีวนะใหม่ ในอุดมคติแล้วควรใช้อย่างจำกัดเพื่อรักษาประสิทธิภาพ ซึ่งทำให้ยากที่จะสร้างกำไรให้ผู้ผลิต

Why it matters

💡 ข่าวนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งเพราะนำเสนอความก้าวหน้าครั้งสำคัญในการใช้ AI เพื่อแก้ปัญหาเชื้อดื้อยาที่คร่าชีวิตผู้คนกว่าล้านคนต่อปี การที่ทีมวิจัยจาก MIT สามารถใช้ AI ออกแบบยาปฏิชีวนะใหม่ที่มีประสิทธิภาพสูงในการต่อสู้กับเชื้อหนองในและ MRSA นับเป็นความหวังใหม่ในวงการแพทย์ และอาจเป็นจุดเริ่มต้นของการปฏิวัติการค้นพบยาในอนาคต ผู้อ่านจะได้เข้าใจถึงศักยภาพของ AI ในการพัฒนายารักษาโรคและความท้าทายที่ต้องเผชิญ

ข้อมูลอ้างอิงจาก https://www.bbc.com/news/articles/cgr94xxye2lo