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

Übersetzung: Emily Galiza Lektorat: Ninja Katja Horr

So how are we going to beat this novel coronavirus?

Wie sollen wir dieses neue Coronavirus besiegen?

By using our best tools:

Indem wir unsere besten Werkzeuge nutzen:

our science and our technology.

Wissenschaft und Technik

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

In meinem Labor benutzen wir Methoden

der künstlichen Intelligenz und der synthetischen Biologie,

and synthetic biology

to speed up the fight against this pandemic.

um den Kampf gegen diese Pandemie zu beschleunigen.

Unsere Arbeit sollte ursprünglich

Our work was originally designed

to tackle the antibiotic resistance crisis.

die Antibiotikaresistenzkrise lösen.

Our project seeks to harness the power of machine learning

Wir wollen mit unserem Projekt die Macht des maschinellen Lernens nutzen,

to replenish our antibiotic arsenal

um unser antibiotisches Arsenal zu erweitern

and avoid a globally devastating postantibiotic era.

und eine global katastrophale postantibiotische Ära zu vermeiden.

Importantly, the same technology can be used

Wichtig ist, dass dieselbe Technologie genutzt werden kann,

to search for antiviral compounds

um nach antiviralen Wirkstoffen zu suchen,

that could help us fight the current pandemic.

die uns im Kampf gegen die Pandemie helfen können

Machine learning is turning the traditional model of drug discovery

Maschinelles Lernen stellt die bisherige Art der Wirkstoffentdeckung

on its head.

auf den Kopf.

With this approach,

Anstatt mühevoll jedes einzelne Molekül auf Effektivität zu testen,

instead of painstakingly testing thousands of existing molecules

one by one in a lab

for their effectiveness,

we can train a computer to explore the exponentially larger space

können wir nun einen Computer trainieren,

einen größeren Raum mit allen

of essentially all possible molecules that could be synthesized,

möglicherweise synthetisierbaren Molekülen zu untersuchen.

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

Statt nach der Nadel im Heuhaufen zu suchen,

können wir Rechenleistung nutzen,

we can use the giant magnet of computing power

to find many needles in multiple haystacks simultaneously.

um viele Nadeln in vielen Heuhaufen gleichzeitig zu finden

We've already had some early success.

Wir hatten bereits erste Erfolge.

Recently, we used machine learning to discover new antibiotics

Kürzlich nutzten wir maschinelles Lernen, um neue Antibiotika zu finden,

that can help us fight off the bacterial infections

die uns helfen könnten, Infektionen zu bekämpfen,

that can occur alongside SARS-CoV-2 infections.

die neben COVID-19 auftreten können.

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

Vor zwei Monaten sage das TED Audacious Projekt uns Födergelder zu,

to massively scale up our work

um unsere Arbeit auszuweiten

with the goal of discovering seven new classes of antibiotics

mit dem Ziel, sieben neue Arten von Antibiotika

against seven of the world's deadly bacterial pathogens

gegen sieben der tödlichsten Krankheitserreger,

over the next seven years.

in den nächsten sieben Jahren zu finden.

For context:

Zum Vergleich:

the number of new class of antibiotics

Die Zahl der in den letzten 30 Jahren entdeckten Antibiotika

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

ist Null.

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

Während die Suche nach neuen Antibiotika für die mittelfristige Zukunft ist,

the novel coronavirus poses an immediate deadly threat,

stellt das Coronavirus eine unmittelbar tödliche Gefahr dar.

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

Ich bin froh mitteilen zu können, dass wir dieselbe Technologie

to search for therapeutics to fight this virus.

auf der Suche nach Heilmitteln gegen das Virus nutzen können.

So how are we going to do it?

Wie also werden wir das tun?

Well, we're creating a compound training library

Nun, wir entwickeln eine Bibliothek aus Trainingsdaten,

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

in der wir verschiedene Moleküle auf COVID-19-infizierte Zellen anwenden,

to see which of them exhibit effective activity.

um zu sehen, welche davon Wirkung zeigen.

These data will be use to train a machine learning model

Diese Daten werden benutzt, um ein Modell zu trainieren

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

und auf eine In-silico-Bibliothek mit Milliarden von Molekülen anzuwenden,

to search for potential novel antiviral compounds.

um nach neuen, potenziellen antiviralen Wirkstoffen zu suchen.

Wir werden die besten Prognosen synthetisieren und testen,

We will synthesize and test the top predictions

um die vielversprechendsten Kandidaten für die klinische Nutzen zu fördern.

and advance the most promising candidates into the clinic.

Sound too good to be true?

Klingt zu schön um wahr zu sein?

Well, it shouldn't.

Nun, das sollte es nicht.

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

Das Antibiotics AI-Project wurde aufgrund eines Wirksamkeitsnachweises gegründet,

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

das zur Entdeckung eines neuen Breitbandantibiotikums,

called halicin.

Halocin, führte.

Halicin has potent antibacterial activity

Halocin besitzt potente antibakterielle Aktivität

against almost all antibiotic-resistant bacterial pathogens,

gegen fast alle antibiotikaresistenten bakteriellen Erreger,

including untreatable panresistant infections.

inklusive unheilbarer, hochresistenter Infektionen

Importantly, in contrast to current antibiotics,

Die Häufigkeit der Resistenzentwicklung

the frequency at which bacteria develop resistance against halicin

gegen Halocin, im Gegensatz zu aktuellen Antibiotika,

is remarkably low.

ist sehr gering.

We tested the ability of bacteria to evolve resistance against halicin

Wir testeten im Labor die Fähigkeit von Bakterien,

gegen Halocin und Cipro eine Resistenz zu entwickeln.

as well as Cipro in the lab.

In the case of Cipro,

Bei Cipro entwickelte sich bereits nach einem Tag eine Resistenz.

after just one day, we saw resistance.

In the case of halicin,

Was Halocin betrifft,

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

sahen wir nach einem Tag keine Resistenz.

Amazingly, after even 30 days,

Überraschenderweise,

auch nach 30 Tagen nicht.

we didn't see any resistance against halicin.

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

In diesem ersten Projekt testeten wir ca. 2500 Verbindungen gegen E.coli.

This training set included known antibiotics,

Der Trainingssatz enthielt bekannte Antibiotika,

such as Cipro and penicillin,

wie Cipro und Penicillin

as well as many drugs that are not antibiotics.

und auch viele Medikamente, die keine Antibiotika sind.

These data we used to train a model

Diese Daten nutzten wir, um ein Modell zu trainieren,

to learn molecular features associated with antibacterial activity.

molekulare Strukturen mit antibakterieller Aktivität zu erkennen.

We then applied this model to a drug-repurposing library

Danach wendeten wir dieses Modell

auf eine Medikamentenbibliothek an,

consisting of several thousand molecules

die aus mehreren Tausend Molekülen besteht.

and asked the model to identify molecules

Es sollte Moleküle identifizieren,

that are predicted to have antibacterial properties

die antibakterielle Fähigkeiten haben könnten,

but don't look like existing antibiotics.

aber nicht wie bekannte Antibiotika aussehen.

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

Interessanterweise entsprach nur ein Molekül diesen Kriterien

and that molecule turned out to be halicin.

und dieses Molekül war Halocin.

Given that halicin does not look like any existing antibiotic,

Da Halocin nicht wie ein bekanntes Antibiotikum aussieht,

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

wäre es für Menschen unmöglich gewesen,

to identify halicin in this manner.

Halocin auf diese Weise zu identifizieren.

Imagine now what we could do with this technology

Stellen Sie sich vor, was wir mit dieser Technologie

against SARS-CoV-2.

gegen COVID-19 machen könnten.

And that's not all.

Und das ist noch nicht alles.

We're also using the tools of synthetic biology,

Wir nutzen die Mittel der synthetischen Biologie auch,

um an DNS und anderen Zellbestandteilen herumzutüfteln,

tinkering with DNA and other cellular machinery,

to serve human purposes like combating COVID-19,

um der Menschheit, u.a. im Kampf gegen das Coronavirus, zu dienen.

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

Außerdem arbeiten wir an einer Schutzmaske,

that can also serve as a rapid diagnostic test.

die gleichzeitig als Schnelltest dient.

So how does that work?

Wie funktioniert das?

Well, we recently showed

Wir zeigten kürzlich,

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

dass man die Zellmaschinerie aus einer lebenden Zelle extrahieren

and freeze-dry it along with RNA sensors onto paper

und zusammen mit RNS-Sensoren auf Papier gefriertrocknen kann,

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

um billige Diagnosen für Ebola und Zika herzustellen.

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

Die Sensoren werden aktiviert, sobald sie durch eine Patientenprobe,

that could consist of blood or saliva, for example.

wie Blut oder Speichel, rehydriert werden.

It turns out, this technology is not limited to paper

Es hat sich herausgestellt, dass diese Technologie nicht nur auf Papier,

and can be applied to other materials, including cloth.

sondern auch anderen Materialien, wie Kleidung, anwendbar ist.

For the COVID-19 pandemic,

Aufgrund der COVID-19 Pandemie,

we're designing RNA sensors to detect the virus

arbeiten wir an RNS-Sensoren, die das Virus entdecken

and freeze-drying these along with the needed cellular machinery

und daran, diese mit der Zellmaschinerie

into the fabric of a face mask,

direkt in der Maske gefrierzutrocknen.

where the simple act of breathing,

Dann kann Atmung,

along with the water vapor that comes with it,

mit dem Wasserdampf, der damit einhergeht,

can activate the test.

den Test aktivieren.

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

Somit wird die Maske, wenn eine Infektion vorliegt,

the mask will produce a fluorescent signal

ein fluoreszierendes Signal produzieren,

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

das durch ein einfaches, billiges und handliches Gerät erkannt wird.

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

So kann ein Patient binnen 1-2 Stunden

safely, remotely and accurately.

sicher, extern und präzise diagnostiziert werden.

We're also using synthetic biology

Wir nutzen synthetische Biologie auch,

to design a candidate vaccine for COVID-19.

um einen Impfstoff für Covid-19 zu entwickeln.

We are repurposing the BCG vaccine,

Wir funktionieren den Tuberkulose-Impfstoff um,

which had been used against TB for almost a century.

der schon fast ein Jahrhundert lang eingesetzt wurde.

It's a live attenuated vaccine,

Es ist ein Lebendimpfstoff

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

und wir entwickeln ihn so, dass er COVID-19 Antigene aufweist,

which should trigger the production of protective antibodies

die die Produktion von schützenden Antikörpern

by the immune system.

durch das Immunsystem anregen sollen.

Importantly, BCG is massively scalable

Der Tuberkulose-Impfstoff kann in großer Menge hergestellt werden

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

und ist eines der sichersten Impfstoffe.

With the tools of synthetic biology and artificial intelligence,

Mithilfe synthetischer Biologie und künstlicher Intelligenz

we can win the fight against this novel coronavirus.

können wir den Kampf gegen das Coronavirus gewinnen.

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

Diese Arbeit ist in der Entwicklungsphase, jedoch sehr vielversprechend.

Science and technology can give us an important advantage

Wissenschaft und Technik geben uns einen wichtigen Vorteil

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

im Kampf des Menschen gegen die Gene von Super-Viren.

a battle we can win.

Ein Kampf, den wir gewinnen können.

Thank you.

Vielen Dank.