How we're using AI to discover new antibiotics | Jim Collins

Translator: Andreu Castrero Reviewer: Carles Massallé Cruañas

So how are we going to beat this novel coronavirus?

Així doncs com derrotarem aquest nou coronavirus?

By using our best tools:

Fent servir les nostres millors eines:

our science and our technology.

la ciència i la tecnologia.

In my lab, we're using the tools of artificial intelligence

Al meu laboratori, fem servir eines d'intel·ligència artificial

and synthetic biology

i biologia sintètica

to speed up the fight against this pandemic.

per accelerar la lluita contra aquesta pandèmia.

Our work was originally designed

La nostra feina en un origen

to tackle the antibiotic resistance crisis.

havia d'abordar la crisis de la resistència als antibiòtics.

Our project seeks to harness the power of machine learning

El nostre projecte vol aprofitar el poder de l'aprenentatge automàtic

to replenish our antibiotic arsenal

per reabastir l'arsenal antibiòtic

and avoid a globally devastating postantibiotic era.

i evitar una era de devastació global postantibiòtica.

Importantly, the same technology can be used

Significativament, la mateixa tecnologia pot servir

to search for antiviral compounds

per cercar compostos antivirals

that could help us fight the current pandemic.

que ens podrien ajudar a combatre l'actual pandèmia.

L'aprenentatge automàtic està transformant

Machine learning is turning the traditional model of drug discovery

el model tradicional

de recerca farmacèutica de cap a peus.

on its head.

With this approach,

Amb aquest plantejament

instead of painstakingly testing thousands of existing molecules

en lloc de passar pel calvari de provar milers de mol·lècules existents

one by one in a lab

una a una al laboratori per veure'n l'efectivitat,

for their effectiveness,

we can train a computer to explore the exponentially larger space

podem entrenar un ordinador perquè explori l'espai exponencialment més gros

of essentially all possible molecules that could be synthesized,

d'essencialment totes les mol·lècules possibles que es podrien sintetitzar,

and thus, instead of looking for a needle in a haystack,

i així, en comptes de cercar l'agulla en un paller

we can use the giant magnet of computing power

podem emprar el gegantí imant del poder computacional

to find many needles in multiple haystacks simultaneously.

per trobar moltes agulles en múltiples pallers simultàniament.

We've already had some early success.

Ja hem tingut alguns èxits inicials.

Recently, we used machine learning to discover new antibiotics

Recentment, vam usar l'aprenentatge automàtic per descobrir nous antibiòtics

that can help us fight off the bacterial infections

que ens poden ajudar a combatre les infeccions bacterianes

that can occur alongside SARS-CoV-2 infections.

que poden esdevenir de la ma de les infeccions del SARS-CoV-2.

Fa dos mesos, el Projecte Audaç de TED va aprovar finançar-nos

Two months ago, TED's Audacious Project approved funding for us

to massively scale up our work

perquè la nostra feina cresqués exponencialment.

with the goal of discovering seven new classes of antibiotics

amb l'objectiu de descobrir set noves classes d'antibiòtics.

against seven of the world's deadly bacterial pathogens

contra set dels patògens bacterians més mortífers del món

over the next seven years.

durant els pròxims set anys.

For context:

Com a context:

the number of new class of antibiotics

El nombre de noves classes d'antibiòtics

that have been discovered over the last three decades is zero.

que s'han descobert durant les darreres tres dècades és zero.

Mentre la recerca de nous anbiòtics es pel futur a mig termini,

While the quest for new antibiotics is for our medium-term future,

the novel coronavirus poses an immediate deadly threat,

el nou coronavirus suposa una amenaça mortífera immediata,

and I'm excited to share that we think we can use the same technology

i m'il·lusiona dir-vos que pensem poder emprar la mateixa tecnologia

to search for therapeutics to fight this virus.

per cercar cures per combatre aquest virus.

So how are we going to do it?

I com ho farem?

Well, we're creating a compound training library

Bé, creem una biblioteca d'entrenament de compostos i amb col·laboradors

and with collaborators applying these molecules to SARS-CoV-2-infected cells

apliquem aquestes mol·lècules a cèl·lules infectades pel virus

to see which of them exhibit effective activity.

per veure quines mostren activitat efectiva.

These data will be use to train a machine learning model

Les dades seran utilitzades per a un model d'aprenentatge automàtic

that will be applied to an in silico library of over a billion molecules

que serà aplicat a una biblioteca in silico de més d'un bilió de mol·lècules

to search for potential novel antiviral compounds.

per cercar nous potencials compostos antivirals.

We will synthesize and test the top predictions

Sintetitzarem i provarem les millors prediccions

and advance the most promising candidates into the clinic.

i portarem els candidats més prometedors a la clínica.

Sound too good to be true?

Sona massa bé per a ser real?

Well, it shouldn't.

Bé, no hauria de ser així.

The Antibiotics AI Project is founded on our proof of concept research

El Projecte d'Antibiòtics IA es basa en la prova de recerca conceptual.

that led to the discovery of a novel broad-spectrum antibiotic

que va portar al descobriment d'un nou antibiòtic d'ample espectre

called halicin.

anomenat Halocina.

Halicin has potent antibacterial activity

L'Halocina té una potent activitat antibacteriana

against almost all antibiotic-resistant bacterial pathogens,

contra gairebé tots els patògens bacterians resistents als antibiòtics,

including untreatable panresistant infections.

incloses infeccions panresistents intractables.

Importantly, in contrast to current antibiotics,

En contrast amb els antibiòtics actuals,

the frequency at which bacteria develop resistance against halicin

la freqüència amb què els bacteris desenvolupen resistència contra l'Halocina

is remarkably low.

és notablement baixa.

We tested the ability of bacteria to evolve resistance against halicin

Vam provar l'habilitat dels bacteris de desenvolupar reistència contra l'Halocina

as well as Cipro in the lab.

com també la Cipro al laboratori.

In the case of Cipro,

En el cas de la Cipro,

after just one day, we saw resistance.

després d'un sol dia, vam veure-hi resistència.

In the case of halicin,

En el cas de l'Halocina,

after one day, we didn't see any resistance.

després d'un dia, no n'hi vam veure cap.

Amazingly, after even 30 days,

Increïblement, ni després de 30 dies

we didn't see any resistance against halicin.

no hi vam veure cap resistència contra l'Halocina.

In this pilot project, we first tested roughly 2,500 compounds against E. coli.

En el projecte pilot, primer vam testar uns 2.500 compostos contra l'E. coli.

This training set included known antibiotics,

Aquest conjunt d'entrenament incloïa antibiòtics coneguts,

such as Cipro and penicillin,

com la Cipro i la penicil·lina,

as well as many drugs that are not antibiotics.

i també altres fàrmacs que no són antibiòtics.

These data we used to train a model

Vam usar aquestes dades per entrenar un model

to learn molecular features associated with antibacterial activity.

per descobrir aspectes mol·leculars associats amb activitat antibacteriana.

We then applied this model to a drug-repurposing library

Després aplicàrem el model a un repositori de reposicionament

consisting of several thousand molecules

que incloïa milers de mol·lècules

and asked the model to identify molecules

i vam demanar al model que n'identifiqués

that are predicted to have antibacterial properties

les que prevèiem que tenen propietats antibacterianes

but don't look like existing antibiotics.

però no emprem com antibiòtics.

Interestingly, only one molecule in that library fit these criteria,

Curiosament, només una mol·lècula del repositori responia als criteris,

and that molecule turned out to be halicin.

i aquesta mol·lècula va resultar ser l'halocina.

Given that halicin does not look like any existing antibiotic,

Donat que l'Halocina no s'assembla a cap antibiòtic que existeixi,

it would have been impossible for a human, including an antibiotic expert,

hauria estat impossible per a un humà, ni que fos un expert en antibiòtics,

to identify halicin in this manner.

d'identificar l'Halocina d'aquesta manera.

Imagine now what we could do with this technology

Ara imagineu què podríem fer amb aquesta tecnologia

against SARS-CoV-2.

contra el SARS-CoV-2.

And that's not all.

I això no és tot.

We're also using the tools of synthetic biology,

També estem fent servir eines de biologia sintètica,

jugant amb l'ADN i la maquinària cel·lular,

tinkering with DNA and other cellular machinery,

to serve human purposes like combating COVID-19,

al servei de la humanitat, com ara combatent la COVID-19,

and of note, we are working to develop a protective mask

i notablement treballem per desenvolupar una mascareta protectora

that can also serve as a rapid diagnostic test.

que també serveix com a prova diagnòstica ràpida.

So how does that work?

I això com funciona?

Well, we recently showed

Bé, recentment vam demostrar

that you can take the cellular machinery out of a living cell

que podem extreure la maquinària cel·lular d'una cèl·lula viva

and freeze-dry it along with RNA sensors onto paper

i congelar-la en sec amb sensors ARN en paper

in order to create low-cost diagnostics for Ebola and Zika.

per crear diagnòstics de baix cost per l'Ebola i la Zika.

The sensors are activated when they're rehydrated by a patient sample

Els sensors s'activen quan un pacient els rehidrata

that could consist of blood or saliva, for example.

per exemple amb sang o saliva.

It turns out, this technology is not limited to paper

Resulta que aquesta tecnologia no es limita al paper

and can be applied to other materials, including cloth.

i es pot aplicar a altres materials inclosos els teixits.

For the COVID-19 pandemic,

Per a la pandèmia de la COVID-19

we're designing RNA sensors to detect the virus

estem dissenyant sensors ARN per detectar els virus

i congelar-los en sec junt amb la maquinària cel·lular necessària

and freeze-drying these along with the needed cellular machinery

into the fabric of a face mask,

en el teixit d'una mascareta

where the simple act of breathing,

on el simple fet de respirar,

along with the water vapor that comes with it,

amb el vapor d'aigua que hi intervé,

can activate the test.

pot activar el test.

Thus, if a patient is infected with SARS-CoV-2,

Així, si un pacient s'infecta de SARS-CoV-2,

the mask will produce a fluorescent signal

la mascareta produirà un senyal fluorescent

that could be detected by a simple, inexpensive handheld device.

que es podria detectar amb un aparell portàtil senzill i barat.

In one or two hours, a patient could thus be diagnosed

Podríem diagnosticar a un pacient en una o dues hores

safely, remotely and accurately.

segurament, remotament i acuradament.

We're also using synthetic biology

També emprem la biologia sintètica

to design a candidate vaccine for COVID-19.

per dissenyar un candidat a vaccí per a la COVID-19.

We are repurposing the BCG vaccine,

Estem reposicionant un vaccí BCG

which had been used against TB for almost a century.

que havíem fet servir contra la TB durant gairebé un segle.

It's a live attenuated vaccine,

És un vaccí atenuat viu,

and we're engineering it to express SARS-CoV-2 antigens,

i l'estem modificant perquè expressi antigens SARS-CoV-2,

which should trigger the production of protective antibodies

els quals haurien d'activar la producció d'anticossos

by the immune system.

per part del sistema immunològic.

Importantly, BCG is massively scalable

Val a dir que la BCG es pot produir a una escala enorme

and has a safety profile that's among the best of any reported vaccine.

i té un perfil de seguretat que està entre els millors de tots els vaccins.

With the tools of synthetic biology and artificial intelligence,

Amb les eines de la biologia sintètica i la intel·ligència artificial,

we can win the fight against this novel coronavirus.

podem guanyar la lluita contra aquest nou coronavirus.

This work is in its very early stages, but the promise is real.

Aquest treball està a les beceroles, però el potencial hi és.

Science and technology can give us an important advantage

La ciència i la tecnologia ens poden donar un avantatge important

in the battle of human wits versus the genes of superbugs,

en la lluita entre l'enginy humà i els gens dels superbacteris,

a battle we can win.

una lluita que podem guanyar.

Thank you.

Gràcies.