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

Traduttore: Chiara Polesinanti Revisore: Silvia Allone

So how are we going to beat this novel coronavirus?

Come faremo a battere questo nuovo coronavirus?

By using our best tools:

Usando i nostri strumenti migliori:

our science and our technology.

la scienza e la tecnologia.

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

Nel mio laboratorio, stiamo usando l'intelligenza artificiale

and synthetic biology

e la biologia sintetica

to speed up the fight against this pandemic.

per accelerare la lotta contro questa pandemia.

Our work was originally designed

Inizialmente, il nostro lavoro fu ideato

to tackle the antibiotic resistance crisis.

per affrontare la crisi della resistenza agli antibiotici.

Our project seeks to harness the power of machine learning

Il nostro progetto cerca di sfruttare le capacità dell'apprendimento automatico

to replenish our antibiotic arsenal

per ricostituire l'arsenale di antibiotici

and avoid a globally devastating postantibiotic era.

ed evitare un'era post antibiotici devastante a livello globale.

Importantly, the same technology can be used

Ancora più importante,

la stessa tecnologia può essere usata per cercare molecole antivirali

to search for antiviral compounds

that could help us fight the current pandemic.

che possano esserci utili nel combattere l'attuale pandemia.

L'apprendimento automatico sta trasformando

Machine learning is turning the traditional model of drug discovery

in modo radicale la tradizionale ricerca farmacologica.

on its head.

With this approach,

Con questo approccio,

instead of painstakingly testing thousands of existing molecules

invece di testare faticosamente le migliaia di molecole esistenti

one by one in a lab

una alla volta in laboratorio, per la loro efficacia,

for their effectiveness,

we can train a computer to explore the exponentially larger space

possiamo addestrare un computer

a esaminare lo spazio esponenzialmente più ampio

of essentially all possible molecules that could be synthesized,

sostanzialmente di tutte le possibili molecole sintetizzabili,

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

e così, invece di cercare un ago in un pagliaio,

we can use the giant magnet of computing power

possiamo usare il magnete gigante fornito dalla capacità computazionale

to find many needles in multiple haystacks simultaneously.

per cercare molti aghi in molti pagliai simultaneamente.

We've already had some early success.

Abbiamo già avuto i primi successi.

Recently, we used machine learning to discover new antibiotics

Di recente abbiamo usato l'apprendimento automatico per scoprire nuovi antibiotici

that can help us fight off the bacterial infections

utili nella lotta contro le infezioni batteriche

that can occur alongside SARS-CoV-2 infections.

che possono verificarsi insieme alle infezioni da SARS-CoV-2.

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

Due mesi fa, The Audacious Project di TED ha approvato i finanziamenti

to massively scale up our work

per aumentare enormemente il nostro lavoro

with the goal of discovering seven new classes of antibiotics

con l'obiettivo di scoprire sette nuove classi di antibiotici

against seven of the world's deadly bacterial pathogens

contro sette dei peggiori batteri patogeni al mondo

over the next seven years.

nei prossimi sette anni.

For context:

Per dare il quadro:

the number of new class of antibiotics

il numero di nuove classi di antibiotici scoperte negli ultimi trent'anni è zero.

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

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

La ricerca di nuovi antibiotici è per il nostro prossimo futuro,

the novel coronavirus poses an immediate deadly threat,

ma il nuovo coronavirus rappresenta una minaccia mortale immediata,

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

e sono entusiasta di dire che crediamo di poter usare la stessa tecnologia

to search for therapeutics to fight this virus.

per cercare medicinali per combattere questo virus.

So how are we going to do it?

Allora, come faremo?

Well, we're creating a compound training library

Stiamo creando una libreria di molecole per l'apprendimento

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

e con l'aiuto di collaboratori,

stiamo applicando queste molecole a cellule infettate con SARS-CoV-2

to see which of them exhibit effective activity.

per vedere quali di queste mostrano un'attività efficace.

Questi dati saranno usati per addestrare un modello di apprendimento automatico

These data will be use to train a machine learning model

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

che verrà applicato a una libreria in silico di oltre un miliardo di molecole

to search for potential novel antiviral compounds.

per cercare potenziali nuovi composti antivirali.

We will synthesize and test the top predictions

Sintetizzeremo e testeremo le previsioni migliori

e faremo avanzare nella fase clinica i candidati più promettenti.

and advance the most promising candidates into the clinic.

Sound too good to be true?

Sembra troppo bello per essere vero?

Well, it shouldn't.

Be', non dovrebbe.

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

L'Antibiotics-AI Project si fonda sulla nostra prova di ricerca concettuale

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

che ha portato alla scoperta di un nuovo antibiotico ad ampio spettro

called halicin.

che si chiama halicina.

Halicin has potent antibacterial activity

L'halicina ha una potente attività antibatterica

against almost all antibiotic-resistant bacterial pathogens,

contro quasi tutti i batteri patogeni resistenti agli antibiotici,

including untreatable panresistant infections.

comprese le infezioni non trattabili panresistenti.

Importantly, in contrast to current antibiotics,

E più importante, diversamente dagli attuali antibiotici,

the frequency at which bacteria develop resistance against halicin

la frequenza con cui i batteri sviluppano la resistenza contro l'halicina

is remarkably low.

è notevolmente bassa.

We tested the ability of bacteria to evolve resistance against halicin

Abbiamo testato la capacità dei batteri

di sviluppare una resistenza contro l'halicina

as well as Cipro in the lab.

come contro il Ciproxin, in laboratorio.

In the case of Cipro,

Nel caso del Ciproxin,

after just one day, we saw resistance.

dopo solo un giorno, abbiamo visto la resistenza.

In the case of halicin,

Nel caso dell'halicina,

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

dopo un giorno, non abbiamo visto alcuna resistenza.

Amazingly, after even 30 days,

Sorprendentemente, dopo 30 giorni,

we didn't see any resistance against halicin.

non abbiamo visto alcuna resistenza contro l'halicina.

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

In questo progetto pilota,

abbiamo prima testato circa 2.500 molecole contro l'E. coli.

Questo insieme volto all'apprendimento comprendeva antibiotici noti,

This training set included known antibiotics,

such as Cipro and penicillin,

come il Ciproxin e la penicillina,

as well as many drugs that are not antibiotics.

così come molti farmaci che non sono antibiotici.

These data we used to train a model

Abbiamo usato questi dati per addestrare un modello

to learn molecular features associated with antibacterial activity.

a imparare le caratteristiche molecolari associate all'attività antibatterica.

We then applied this model to a drug-repurposing library

Poi abbiamo applicato questo modello

a una libreria di farmaci da riposizionare di diverse migliaia di molecole

consisting of several thousand molecules

and asked the model to identify molecules

e abbiamo chiesto al modello di identificare quelle molecole

that are predicted to have antibacterial properties

che si prevede abbiano proprietà antibatteriche

but don't look like existing antibiotics.

ma che non hanno l'aspetto degli antibiotici esistenti.

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

Cosa interessante, solo una molecola nella libreria ha soddisfatto quei criteri

and that molecule turned out to be halicin.

e si è rivelata essere l'halicina.

Poiché l'halicina ha un aspetto diverso da qualsiasi antibiotico esistente,

Given that halicin does not look like any existing antibiotic,

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

sarebbe stato impossibile per un uomo, persino per un esperto di antibiotici,

to identify halicin in this manner.

identificare l'halicina in questo modo.

Imagine now what we could do with this technology

Immaginate ora cosa potremmo fare con questa tecnologia

against SARS-CoV-2.

contro il SARS-CoV-2.

And that's not all.

E non è tutto.

We're also using the tools of synthetic biology,

Stiamo usando questi strumenti della biologia sintetica,

sperimentando con il DNA e altri apparati cellulari,

tinkering with DNA and other cellular machinery,

to serve human purposes like combating COVID-19,

per servire gli interessi dell'uomo nel combattere il COVID-19,

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

tra l'altro, stiamo lavorando per sviluppare una mascherina protettiva

that can also serve as a rapid diagnostic test.

che possa anche servire da test diagnostico rapido.

So how does that work?

In che modo?

Well, we recently showed

Di recente abbiamo mostrato

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

che si può estrarre l'apparato cellulare da una cellula vivente

and freeze-dry it along with RNA sensors onto paper

e liofilizzarlo, sulla carta, insieme a dei sensori di RNA

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

per creare test diagnostici economici per Ebola e Zika.

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

I sensori si attivano quando vengono reidratati con un campione del paziente,

that could consist of blood or saliva, for example.

come un campione di sangue, o di saliva, per esempio.

It turns out, this technology is not limited to paper

Si è scoperto che questa tecnologia non si limita alla carta

and can be applied to other materials, including cloth.

e può essere applicata su altri materiali, inclusa la stoffa.

For the COVID-19 pandemic,

Per la pandemia da COVID-19,

we're designing RNA sensors to detect the virus

stiamo progettando dei sensori di RNA per identificare il virus

da liofilizzare insieme all'apparato cellulare necessario

and freeze-drying these along with the needed cellular machinery

into the fabric of a face mask,

nel tessuto di una mascherina

where the simple act of breathing,

in cui il semplice atto di respirare,

along with the water vapor that comes with it,

insieme con il vapore acqueo che ne deriva,

can activate the test.

può attivare il test.

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

Così, se un paziente avesse un'infezione da SARS-CoV-2,

la mascherina emetterebbe un segnale fluorescente

the mask will produce a fluorescent signal

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

che potrebbe essere rilevato

con un dispositivo portatile semplice ed economico.

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

Nell'arco di una o due ore, si potrebbe ottenere una diagnosi

safely, remotely and accurately.

in modo sicuro, accurato e a distanza.

We're also using synthetic biology

Stiamo anche usando la biologia sintetica

to design a candidate vaccine for COVID-19.

per progettare un candidato vaccino per il COVID-19.

We are repurposing the BCG vaccine,

Stiamo riconvertendo il vaccino BCG,

which had been used against TB for almost a century.

che viene utilizzato contro la TBC da quasi un secolo.

It's a live attenuated vaccine,

È un vaccino vivo attenuato,

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

e lo stiamo ingegnerizzando per esprimere gli antigeni del SARS-CoV-2,

which should trigger the production of protective antibodies

che dovrebbero indurre la produzione di anticorpi protettivi

by the immune system.

da parte del sistema immunitario.

Importantly, BCG is massively scalable

E cosa importante, il BCG è altamente scalabile

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

e ha un profilo di sicurezza che è tra i migliori di qualsiasi vaccino noto.

With the tools of synthetic biology and artificial intelligence,

Con gli strumenti della biologia sintetica e dell'intelligenza artificiale,

possiamo vincere la lotta contro questo nuovo coronavirus.

we can win the fight against this novel coronavirus.

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

Questo lavoro è nelle sue fasi iniziali, ma la promessa è reale.

Science and technology can give us an important advantage

La scienza e la tecnologia possono fornirci un vantaggio importante

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

nella battaglia dell'ingegno umano contro i geni dei super microbi.

a battle we can win.

Una battaglia che possiamo vincere.

Thank you.

Grazie.