據(jù)《自然》報(bào)道，一項(xiàng)開(kāi)創(chuàng)性的機(jī)器學(xué)習(xí)方法從 1 億多個(gè)分子中發(fā)現(xiàn)了強(qiáng)大的新型抗生素。這項(xiàng)研究由美國(guó)麻省理工學(xué)院合成生物學(xué)家 Jim Collins ，相關(guān)成果日前發(fā)表在《細(xì)胞》上。

研究人員表示，這種被稱為 halicin 的抗生素是人工智能（AI）*發(fā)現(xiàn)的。在之前的抗生素研發(fā)中，AI 只協(xié)助其中的某些部分，但這一次是 AI *從零開(kāi)始識(shí)別出全新種類的抗生素，且沒(méi)有使用任何人類先前的假設(shè)。

“研究小組不僅確定了候選分子，還在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中驗(yàn)證了有希望的分子。” 匹茲堡大學(xué)計(jì)算生物學(xué)家 Jacob Durrant 說(shuō)，“更重要的是，這種深度學(xué)習(xí)方法也可以用于其他類型藥物的研發(fā)，如治療癌癥或神經(jīng)退行性疾病的藥物。”

Collins 及其團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)—— 一種受大腦結(jié)構(gòu)啟發(fā)的人工智能算法，可以逐個(gè)學(xué)習(xí)分子的特性。
 

研究人員利用抗菌活性已知的 2335 個(gè)抗菌分子，訓(xùn)練該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別抑制大腸桿菌生長(zhǎng)的分子。模型被訓(xùn)練后，研究人員用它對(duì)一個(gè)名為藥物再利用中心的數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行篩選。這個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)包含了大約 6000 個(gè)正在被研究的人類疾病分子。他們要求模型預(yù)測(cè)哪一種分子對(duì)付大腸桿菌有效，并且只展示看起來(lái)與傳統(tǒng)抗生素不同的分子。

研究人員從篩選結(jié)果中選擇了大約 100 個(gè)候選分子進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。其中一種被用作糖尿病治療的分子被證明是一種有效的抗生素，研究人員將其命名為 halicin。在小鼠實(shí)驗(yàn)中，halicin 對(duì)多種病原體均有抗菌活性。

halicin 的作用機(jī)制很特別，它破壞質(zhì)子在細(xì)胞膜上的流動(dòng)。“在實(shí)驗(yàn)中，對(duì)其他抗生素化合物的耐藥性通常在一兩天內(nèi)出現(xiàn)。”Collins 說(shuō)，“但即使經(jīng)過(guò) 30 天的檢測(cè)，我們也沒(méi)有發(fā)現(xiàn)細(xì)菌對(duì) halicin 有任何耐藥性。”

之后，研究團(tuán)隊(duì)又在一個(gè)名為 ZINC15 的數(shù)據(jù)庫(kù)中篩選了超過(guò) 1.07 億個(gè)分子結(jié)構(gòu)，并在 23 個(gè)候選分子中確認(rèn)了 8 個(gè)具有抗菌活性。其中有兩種對(duì)多種病原體都有很強(qiáng)的活性，甚至可以戰(zhàn)勝對(duì)抗生素有耐藥性的大腸桿菌菌株。