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

Vertaald door: Hester van Beers Nagekeken door: Rik Delaet

So how are we going to beat this novel coronavirus?

Hoe gaan we dit nieuwe coronavirus verslaan?

By using our best tools:

Door onze beste gereedschappen te gebruiken:

our science and our technology.

onze wetenschap en technologie.

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

In mijn lab gebruiken we kunstmatige intelligentie

and synthetic biology

en synthetische biologie

to speed up the fight against this pandemic.

om het gevecht tegen deze pandemie te versnellen.

Our work was originally designed

Ons werk was oorspronkelijk bedoeld

to tackle the antibiotic resistance crisis.

om iets te doen aan de crisis rond antibioticaresistentie.

Our project seeks to harness the power of machine learning

Met ons project willen we de kracht van machinaal leren gebruiken

to replenish our antibiotic arsenal

om ons antibiotica-arsenaal aan te vullen

and avoid a globally devastating postantibiotic era.

en een wereldwijde ramp van antibioticaresistentie te voorkomen.

Importantly, the same technology can be used

Dezelfde technologie kan worden gebruikt

to search for antiviral compounds

om antivirale verbindingen te zoeken

that could help us fight the current pandemic.

die ons kunnen helpen om de pandemie te bevechten.

Machine learning is turning the traditional model of drug discovery

Machinaal leren zet de gewone manier van het ontdekken van medicijnen

on its head.

op zijn kop.

With this approach,

Met deze aanpak,

instead of painstakingly testing thousands of existing molecules

in plaats van het een voor een testen van duizenden bestaande moleculen

one by one in a lab

in een lab

for their effectiveness,

op hun effectiviteit,

we can train a computer to explore the exponentially larger space

kunnen we een computer trainen om de veel grotere ruimte te verkennen

of essentially all possible molecules that could be synthesized,

van alle mogelijke moleculen die gesynthetiseerd kunnen worden,

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

en dus, in plaats van het zoeken van een speld in een hooiberg,

we can use the giant magnet of computing power

kunnen we de enorme magneet van de rekenkracht gebruiken

to find many needles in multiple haystacks simultaneously.

om veel naalden te vinden in meerdere hooibergen tegelijk.

We've already had some early success.

We hebben al wat vroege successen gehad.

Recently, we used machine learning to discover new antibiotics

We hebben machinaal leren gebruikt om nieuwe antibiotica te ontdekken

that can help us fight off the bacterial infections

die ons helpen om bacteriële infecties te bevechten

that can occur alongside SARS-CoV-2 infections.

die naast SARS-CoV-2-infecties kunnen voorkomen.

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

Twee maanden geleden keurde het project van TED onze financiering goed

to massively scale up our work

om ons werk enorm op te schalen

with the goal of discovering seven new classes of antibiotics

om zeven nieuwe soorten antibiotica te ontdekken

against seven of the world's deadly bacterial pathogens

tegen zeven van 's werelds dodelijkste bacteriële ziekteverwekkers

over the next seven years.

in de komende zeven jaar.

For context:

Voor de context:

the number of new class of antibiotics

Het aantal nieuwe soorten antibiotica

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

dat de laatste drie decennia is ontdekt, is nul.

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

Terwijl het zoeken naar nieuwe antibiotica voor de iets langere termijn is,

the novel coronavirus poses an immediate deadly threat,

vormt het nieuwe coronavirus een onmiddellijk doodsgevaar,

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

en ik wil graag delen dat we denken dezelfde technologie te kunnen gebruiken

to search for therapeutics to fight this virus.

om medicijnen te zoeken tegen dit virus.

So how are we going to do it?

Dus hoe gaan we het doen?

Well, we're creating a compound training library

We maken een bibliotheek van verbindingen

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

en we passen deze moleculen toe op cellen die geïnfecteerd zijn met SARS-CoV-2

to see which of them exhibit effective activity.

om te zien welke effectief zijn.

These data will be use to train a machine learning model

Deze data wordt gebruikt om een machinaal leren-model te trainen

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

dat wordt toegepast op een computerbieb met meer dan een miljard moleculen

to search for potential novel antiviral compounds.

om mogelijke nieuwe antivirale verbindingen te vinden.

We will synthesize and test the top predictions

We gaan de beste voorspellingen synthetiseren en testen

and advance the most promising candidates into the clinic.

en de meest veelbelovende naar de kliniek brengen.

Sound too good to be true?

Klinkt dit te goed om waar te zijn?

Well, it shouldn't.

Dat zou niet moeten.

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

De financiering van dit project is gebaseerd op ons onderzoek

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

dat leidde tot de ontdekking van een breed toepasbaar antibioticum

called halicin.

dat halicine heet.

Halicin has potent antibacterial activity

Halicine heeft krachtige antibacteriële activiteit

against almost all antibiotic-resistant bacterial pathogens,

tegen bijna alle antibioticaresistente bacteriële ziekteverwekkers,

including untreatable panresistant infections.

inclusief onbehandelbare infecties die overal tegen bestand zijn.

Importantly, in contrast to current antibiotics,

In tegenstelling tot bij huidige antibiotica

the frequency at which bacteria develop resistance against halicin

is de frequentie waarmee bacteriën resistentie ontwikkelen tegen halicine

is remarkably low.

opmerkelijk laag.

We tested the ability of bacteria to evolve resistance against halicin

We testten het vermogen van bacteriën om resistent te worden tegen halicine

as well as Cipro in the lab.

en tegen Cipro in het lab.

In the case of Cipro,

In het geval van Cipro

after just one day, we saw resistance.

zagen we na één dag al resistentie.

In the case of halicin,

In het geval van halicine

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

zagen we na één dag geen resistentie.

Amazingly, after even 30 days,

Zelfs na 30 dagen zagen we verbazingwekkend genoeg

we didn't see any resistance against halicin.

geen resistentie tegen halicine.

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

In dit proefproject testten we eerst ongeveer 2500 verbindingen tegen E. coli.

This training set included known antibiotics,

In deze trainingsset zaten bekende antibiotica

such as Cipro and penicillin,

zoals Cipro en penicilline,

as well as many drugs that are not antibiotics.

naast veel medicijnen die geen antibiotica zijn.

These data we used to train a model

We gebruikten deze data om een model te trainen

to learn molecular features associated with antibacterial activity.

om moleculaire kenmerken te leren die horen bij antibacteriële activiteit.

We then applied this model to a drug-repurposing library

We pasten dit model toe op een bibliotheek van medicijnen

consisting of several thousand molecules

met duizenden moleculen

and asked the model to identify molecules

en we vroegen het model om te voorspellen

that are predicted to have antibacterial properties

welke moleculen antibacteriële eigenschappen hebben,

but don't look like existing antibiotics.

maar die niet lijken op bestaande antibiotica.

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

Interessant genoeg voldeed slechts één molecuul aan deze criteria,

and that molecule turned out to be halicin.

en dat molecuul bleek halicine te zijn.

Given that halicin does not look like any existing antibiotic,

Omdat halicine niet lijkt op een bestaand antibioticum,

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

was het onmogelijk geweest voor een mens, ook voor een expert in antibiotica,

to identify halicin in this manner.

om halicine op deze manier te vinden.

Imagine now what we could do with this technology

Stel je voor wat we met deze technologie kunnen doen

against SARS-CoV-2.

tegen SARS-CoV-2.

And that's not all.

En dat is nog niet alles.

We gebruiken ook de gereedschappen van de synthetische biologie,

We're also using the tools of synthetic biology,

tinkering with DNA and other cellular machinery,

we sleutelen met DNA en andere cellulaire mechanismen

to serve human purposes like combating COVID-19,

om de mens te dienen, bijvoorbeeld door COVID-19 te bevechten.

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

We werken ook aan een beschermend masker

that can also serve as a rapid diagnostic test.

dat ook dienstdoet als een snelle diagnostische test.

So how does that work?

Hoe werkt dat?

Well, we recently showed

Kortgeleden toonden we aan

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

dat je onderdelen uit een levende cel kunt halen

and freeze-dry it along with RNA sensors onto paper

en op papier kunt invriezen samen met RNA-sensoren

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

om goedkope diagnostische materialen te maken voor ebola en zika.

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

De sensoren worden geactiveerd door rehydratatie met een patiëntmonster

that could consist of blood or saliva, for example.

van bijvoorbeeld bloed of speeksel.

It turns out, this technology is not limited to paper

Het blijkt dat deze technologie niet beperkt is tot papier

and can be applied to other materials, including cloth.

en op andere materialen kan worden toegepast, inclusief stof.

For the COVID-19 pandemic,

Voor de COVID-19-pandemie

we're designing RNA sensors to detect the virus

ontwerpen we RNA-sensoren om het virus te detecteren

and freeze-drying these along with the needed cellular machinery

en vriezen we deze in, samen met de benodigde celonderdelen,

into the fabric of a face mask,

in de stof van een gezichtsmasker

where the simple act of breathing,

waarbij het ademen,

along with the water vapor that comes with it,

met de waterdamp die daarbij vrijkomt,

can activate the test.

de test activeert.

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

Als een patiënt dus geïnfecteerd is met SARS-CoV-2,

the mask will produce a fluorescent signal

produceert het masker een fluorescent signaal

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

dat met een simpel, goedkoop handapparaat kan worden gedetecteerd.

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

Binnen een of twee uur kan een patiënt dus gediagnosticeerd worden,

safely, remotely and accurately.

veilig, nauwkeurig en op afstand.

We're also using synthetic biology

We gebruiken synthetische biologie ook

to design a candidate vaccine for COVID-19.

om een mogelijk vaccin te ontwikkelen tegen COVID-19.

We are repurposing the BCG vaccine,

We gebruiken het BCG-vaccin,

which had been used against TB for almost a century.

dat al bijna een eeuw lang tegen TB is gebruikt.

It's a live attenuated vaccine,

Het is een levend, verzwakt vaccin

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

en we maken het met SARS-CoV-2-antigenen,

which should trigger the production of protective antibodies

die beschermende antilichamen zouden moeten laten produceren

by the immune system.

door het immuunsysteem.

Importantly, BCG is massively scalable

Belangrijk is dat BCG erg goed op te schalen is

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

en een van de beste veiligheidsprofielen heeft van alle gerapporteerde vaccins.

With the tools of synthetic biology and artificial intelligence,

Met synthetische biologie en kunstmatige intelligentie

we can win the fight against this novel coronavirus.

kunnen we het gevecht tegen dit nieuwe coronavirus winnen.

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

Dit project staat in de kinderschoenen, maar is veelbelovend.

Science and technology can give us an important advantage

Wetenschap en technologie kunnen ons een belangrijk voordeel geven

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

in de strijd tussen menselijk verstand en genen van supervirussen,

a battle we can win.

een strijd die we kunnen winnen.

Thank you.

Dank jullie wel.