ИТМО представил платформу для подбора комбинаций антибиотиков и наночастиц против устойчивых бактерий
Ученые из Университета ИТМО разработали платформу, способную прогнозировать эффективность комбинаций антибиотиков и наночастиц в борьбе с устойчивыми к лекарствам бактериями. Новая система сокращает время поиска работающих сочетаний с нескольких месяцев до нескольких дней.
Антибиотикорезистентность — одна из главных угроз здравоохранению: ежегодно от таких инфекций умирает более миллиона человек. Разработка новых антибиотиков — процесс долгий и затратный, поэтому ученые ищут способы усилить эффект уже существующих препаратов. Один из таких подходов — комбинирование антибиотиков с наночастицами серебра или золота. За счёт небольших размеров наночастицы проникают в бактериальные клетки, усиливая действие антибиотиков и позволяя использовать меньшие дозы.
В основе платформы ИТМО — модели машинного обучения и генетический алгоритм, обученные на массиве данных из более чем 100 научных статей за последние 10 лет. Эти данные охватывают свойства наночастиц (размер, форма), тип антибиотика и чувствительность различных бактерий. Система учитывает все параметры и предлагает наиболее перспективные комбинации.
«Мы использовали генетический алгоритм для скрининга комбинации лекарственного средства и наночастиц. Алгоритм генерирует случайную комбинацию лекарств и наночастиц, а затем незначительно изменяет их свойства. Если изменение улучшает синергетическую активность, они будут дополнительно модифицированы для достижения максимальной эффективности; если же изменения приведут к снижению синергетической активности, эти образцы будут удалены», — объяснил аспирант химико-биологического кластера ИТМО Сусан Джьякхво.
Уже на этапе тестирования система предложила несколько новых потенциально эффективных комбинаций против опасных для человека лекарственно-устойчивых бактерий. Например, против возбудителей тифа или тяжелых желудочно-кишечных инфекций предсказана эффективность золотых наночастиц с антибиотиком хлорамфениколом, а против патогенов, вызывающих пневмонию, — серебряных наночастиц с амикацином. Во многих случаях комбинация, вероятно, будет требовать меньших доз каждого компонента по сравнению с их раздельным применением.
«Основная сложность — в токсичности: наночастицы и антибиотики могут проявлять разную токсичность по отдельности и в комбинации. Поэтому мы дополнительно обучаем модели на меньших датасетах для оценки безопасности каждого компонента, а затем объединяем данные», — добавил Джьякхво.
Дальнейшие шаги — лабораторная проверка полученных предсказаний и расширение возможностей платформы, включая работу с патогенами, опасными для животных и сельского хозяйства. В перспективе система может быть востребована фармацевтическими компаниями как инструмент ускоренной разработки новых терапий.