美国麻省理工学院的科学家报告人工智能产生了新的抗生素,文章透露称,最新人工智能技术发现一种抗生素化合物——halicin,它不仅能杀死多种形式的耐药性细菌,而且还能以一种新颖的方式杀死它们。

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许多抗生素是对现有药物的轻微改良,而halicin通过破坏细菌维持电化梯度的能力来消灭细菌,电化梯度是产生能量存储分子所必需的,这对于细菌而言很难抵抗,大肠杆菌在30天内对halicin没有产生任何耐药性,而它在3天内就能战胜更传统的抗生素——环丙沙星(cipofloxacin)。

研究小组成功研制一个系统,能够比过去任何系统更加有效地找到具有所需特征的分子结构,不同于之前的方法,人工智能神经网络能够自动分析分子表现形式,将它们映射成连续向量,帮助预测它们的行为表现。一旦准备就绪,研究人员就会对2500个分子进行人工智能训练,其中包括:1700种已知药物和800种天然产物,在研究6000种化合物数据库时,人工智能发现halicin具有显著的灭菌效果。

但是人们不要期望短时间内就能拿到halicin处方,美国麻省理工学院成功使用该药物根除老鼠体内鲍曼尔杆菌(这是阿富汗和伊拉克美军士兵中常见的一种感染疾病),人们需要注意的是,这可能是一种新的更大趋势的开始,科学家们已经用自己的模型在另一个数据库中筛选了超过1亿个分子并找到了23个候选分子。

他们希望从无到有地设计抗生素,修改现有药物,从而提高它们的有效性或者减少它们意想不到的副作用,这远不能保证消灭“超级细菌”,然而,如果只要能够杀死其中一些细菌,就能成功挽救许多人的生命。

关于超级细菌

新德里金属-β-内酰胺酶1(New Delhi metallo-beta-lactamase-1,简称NDM-1)是一种主要存在于大肠杆菌和肺炎克雷伯氏菌的遗传物质,可以使细菌获得极强的抗药性。新德里金属-β-内酰胺酶1是一种碳青霉烯酶,它能通过水解使包括青霉素等β-内酰胺类抗生素失效。至今已发现一些克雷伯氏肺炎菌、大肠杆菌和少数鲍曼不动杆菌的菌株携带能编码新德里金属-β-内酰胺酶1的基因,而该基因还可以通过基因水平转移而从一个菌株转移到另一个菌株中,使原本对抗生素敏感的菌株获得耐药性。含有NDM-1的细菌也被称为“NDM-1细菌”或“NDM-1超级细菌”。

NDM-1最初于2009年被英国卡迪夫大学(Cardiff University)的蒂莫西·沃尔什(Timothy Walsh)发现并确认(报告发布在ASM Journals),他在一名瑞典病人身上发现了两种细菌,从中找到了NDM-1。而这名患者曾经在印度住院治疗。至2010年8月,由于以印度为中心的南亚地区发现NDM-1细菌感染病例增多,NDM-1开始受到广泛关注。

2016年8月18日,一位美国内华达州的70岁妇女因为右臀部感染引起的全身炎症反应被送到急症。患者很快出现感染性休克,可是感染她的细菌对美国市面上的26种抗生素都有抗药性,甚至包括长年被雪藏、不到万不得已绝对不用的粘杆菌素(Colistin)。因为没有有效的抗生素来杀死感染她的细菌,这位患者最终于九月初去世。这被认为是美国发现的首例超级细菌病例。

2017年2月27日,世界卫生组织(WHO)发布了首批“优先病原体(priority pathogen)”清单。清单分为三类:关键、高级和中等优先级。其中三种病原体(被称为“三大超级细菌”)——耐碳青霉烯鲍氏不动杆菌科、耐碳青霉烯绿脓杆菌科和耐碳青霉烯肠杆菌科处于关键优先级,对人类健康的威胁最大。

  • 耐碳青霉烯鲍氏不动杆菌主要出现在住院患者中,通过人与人接触或与受污染的表面接触而进行传播。它可以引起肺炎、严重血液感染及其他疾病,这对健康人群而言并不会构成大的生命威胁,但对于免疫系统受损或患有慢性疾病的患者来说却很危险。因此,这种细菌的暴发场所通常是重症监护室或养老院。目前虽不清楚这种细菌在全球范围内的普遍程度,但WHO估计,发生在欧美的重症监护室内的耐药细菌感染病例中,有2%—10%要归咎于这种细菌。
  • 耐碳青霉烯绿脓杆菌会导致严重的耳部感染和皮肤疹。这种细菌的感染最常发生在医院,对免疫力减弱的人来说最危险,若肺炎患者或术后患者感染了此细菌甚至会危及生命。此外,在热水浴缸和游泳池内也存有这种细菌。CDC的统计数据显示,美国每年会出现约5.1万例绿脓杆菌感染病例,其中约400人死亡。
  • 耐碳青霉烯肠杆菌的感染通常发生在医院或长期保健场所,它可通过人与人接触或接触医疗设备(如呼吸机)等传播。这种细菌通常不会对健康人群造成危险,但对免疫系统受损的人是极具危险性的。发表在《美国医学学会(JAMA)》杂志上的研究报告指出,美国每10万人中就会有3人感染这种细菌,其中被跟踪研究的599名病例中已有51人死亡。

抗生素的滥用塑造了超级细菌

青霉素的发现和提纯是人类历史上最伟大的发现之一。自1941年青霉素应用于临床后,人们相继发现了上万种抗生素,有200余种抗生素应用于临床。抗生素的广泛应用已挽救了无数生命,时至今日抗生素仍然是医生治疗感染过程中不可缺少的药品。然而随着抗生素的使用,引起人类疾病的许多细菌已经对它的对手产生了耐药性。抗生素使用较为集中的医院是培养超级细菌MRSA(耐甲氧西林金黄色葡萄球菌)的温床。

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