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

Tradutor: Carolina Aguirre Revisor: Maricene Crus

So how are we going to beat this novel coronavirus?

Como vamos vencer esse novo coronavírus?

By using our best tools:

Usando nossas melhores ferramentas:

our science and our technology.

nossa ciência e nossa tecnologia.

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

No meu laboratório, usamos ferramentas de inteligência artificial

and synthetic biology

e biologia sintética

to speed up the fight against this pandemic.

para acelerar a luta contra essa pandemia.

Our work was originally designed

O trabalho foi originalmente projetado

to tackle the antibiotic resistance crisis.

para enfrentar a crise de resistência aos antibióticos.

Our project seeks to harness the power of machine learning

Nosso projeto busca aproveitar o poder do aprendizado de máquina

to replenish our antibiotic arsenal

para repor nosso arsenal de antibióticos

and avoid a globally devastating postantibiotic era.

e evitar uma era pós-antibiótica globalmente devastadora.

Importantly, the same technology can be used

Sobretudo, a mesma tecnologia pode ser usada para procurar compostos antivirais

to search for antiviral compounds

that could help us fight the current pandemic.

que poderiam nos ajudar a combater a pandemia atual.

Machine learning is turning the traditional model of drug discovery

Aprendizado de máquina está revolucionando o modelo tradicional de descoberta

on its head.

de medicamentos.

With this approach,

Com essa abordagem,

instead of painstakingly testing thousands of existing molecules

em vez de testar meticulosamente milhares de moléculas existentes,

one by one in a lab

uma por uma, pela sua eficácia em um laboratório,

for their effectiveness,

we can train a computer to explore the exponentially larger space

podemos treinar um computador pra explorar o espaço exponencialmente maior

of essentially all possible molecules that could be synthesized,

de essencialmente todas as moléculas possíveis que poderiam ser sintetizadas,

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

e, assim, em vez de procurar uma agulha no palheiro,

we can use the giant magnet of computing power

podemos usar o imã gigante do poder da computação

to find many needles in multiple haystacks simultaneously.

para encontrar muitas agulhas em vários palheiros, simultaneamente.

We've already had some early success.

Já tivemos algum sucesso inicial.

Recently, we used machine learning to discover new antibiotics

Recentemente, usamos aprendizado de máquina para descobrir novos antibióticos

that can help us fight off the bacterial infections

que podem nos ajudar a combater as infecções bacterianas

that can occur alongside SARS-CoV-2 infections.

que podem ocorrer em conjunto com infecções por SARS-CoV-2.

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

Há dois meses, o Audacious Project do TED aprovou financiamento

to massively scale up our work

pra ampliarmos intensamente nosso trabalho

with the goal of discovering seven new classes of antibiotics

com o objetivo de descobrir sete novas classes de antibióticos

against seven of the world's deadly bacterial pathogens

contra sete dos patógenos bacterianos mortais do mundo

over the next seven years.

nos próximos sete anos.

For context:

Para contextualizar:

the number of new class of antibiotics

o número de novas classes de antibióticos

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

descobertas nas últimas três décadas é zero.

Embora a busca por novos antibióticos seja para o nosso futuro a médio prazo,

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

the novel coronavirus poses an immediate deadly threat,

o novo coronavírus representa uma ameaça mortal imediata,

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

e fico feliz em dizer que acreditamos que podemos usar a mesma tecnologia

to search for therapeutics to fight this virus.

para procurar terapêuticas para combater esse vírus.

So how are we going to do it?

Então, como vamos fazer isso?

Well, we're creating a compound training library

Estamos criando uma biblioteca de treinamento composto,

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

com colaboradores que aplicam as moléculas em células infectadas com SARS-CoV-2

to see which of them exhibit effective activity.

para ver quais delas exibem atividade efetiva.

These data will be use to train a machine learning model

Usaremos esses dados para treinar um modelo de aprendizado de máquina,

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

o qual será aplicado a uma biblioteca "in silico"

de mais de 1 bilhão de moléculas

to search for potential novel antiviral compounds.

para procurar potenciais novos compostos antivirais.

We will synthesize and test the top predictions

Vamos sintetizar e testar as principais previsões

and advance the most promising candidates into the clinic.

e encaminhar os candidatos mais promissores para a clínica.

Sound too good to be true?

Parece bom demais para ser verdade?

Well, it shouldn't.

Bem, não deveria.

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

O "Antibiotics AI Project" é baseado na pesquisa de prova de conceito

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

que levou à descoberta de um novo antibiótico de amplo espectro

called halicin.

chamado Halocin.

Halicin has potent antibacterial activity

O Halocin tem atividade antibacteriana potente

against almost all antibiotic-resistant bacterial pathogens,

contra quase todos os patógenos bacterianos resistentes a antibióticos,

including untreatable panresistant infections.

incluindo infecções pan-resistentes intratáveis.

Importantly, in contrast to current antibiotics,

Mas ao contrário dos antibióticos atuais,

the frequency at which bacteria develop resistance against halicin

a frequência com que bactérias desenvolvem resistência contra o Halocin

is remarkably low.

é notavelmente baixa.

We tested the ability of bacteria to evolve resistance against halicin

Testamos a capacidade das bactérias de desenvolver resistência contra Halocin

as well as Cipro in the lab.

e contra Cipro no laboratório.

In the case of Cipro,

No caso do Cipro,

after just one day, we saw resistance.

depois de só um dia, vimos resistência.

In the case of halicin,

No caso do Halocin,

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

depois de um dia, não houve resistência.

Amazingly, after even 30 days,

Surpreendentemente, depois de até 30 dias, não vimos nenhuma resistência contra ele.

we didn't see any resistance against halicin.

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

Neste projeto piloto, primeiro testamos cerca de 2,5 mil compostos contra E. coli.

This training set included known antibiotics,

Esse conjunto de estudo incluía antibióticos conhecidos,

such as Cipro and penicillin,

como Cipro e penicilina,

as well as many drugs that are not antibiotics.

bem como medicamentos que não são antibióticos.

These data we used to train a model

Usamos esses dados para treinar um modelo

to learn molecular features associated with antibacterial activity.

para aprender características moleculares associadas à atividade antibacteriana.

We then applied this model to a drug-repurposing library

Nós os usamos numa biblioteca de reaproveitamento de medicamentos

consisting of several thousand molecules

contendo vários milhares de moléculas

and asked the model to identify molecules

e pedimos ao modelo para identificar moléculas

that are predicted to have antibacterial properties

que se prevê terem propriedades antibacterianas,

but don't look like existing antibiotics.

mas não se parecem com antibióticos existentes.

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

Curiosamente, apenas uma molécula nessa biblioteca se encaixa nesses critérios,

and that molecule turned out to be halicin.

e ela acabou por ser o próprio Halocin.

Given that halicin does not look like any existing antibiotic,

Dado que ele não se parece com nenhum antibiótico existente,

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

teria sido impossível para um ser humano, incluindo um especialista em antibióticos,

to identify halicin in this manner.

identificá-lo dessa maneira.

Imagine now what we could do with this technology

Imagine agora o que poderíamos fazer com esta tecnologia

against SARS-CoV-2.

contra o SARS-CoV-2.

And that's not all.

E isso não é tudo.

We're also using the tools of synthetic biology,

Também estamos usando as ferramentas da biologia sintética,

tinkering with DNA and other cellular machinery,

ajustando DNA e outras máquinas celulares,

to serve human purposes like combating COVID-19,

para servir a propósitos humanos, como combater a COVID-19,

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

e estamos trabalhando para desenvolver uma máscara protetora

that can also serve as a rapid diagnostic test.

que também possa servir como teste rápido de diagnóstico.

So how does that work?

Então, como isso funciona?

Well, we recently showed

Mostramos recentemente que podemos tirar a maquinaria celular de uma célula viva

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

and freeze-dry it along with RNA sensors onto paper

e liofilizá-la junto com sensores de RNA no papel

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

para criar diagnósticos de baixo custo para o Ebola e o Zika.

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

Os sensores são ativados quando são reidratados por uma amostra de paciente

that could consist of blood or saliva, for example.

que poderia consistir em sangue ou saliva, por exemplo.

It turns out, this technology is not limited to paper

Mas esta tecnologia não se limita ao papel

and can be applied to other materials, including cloth.

e pode ser aplicada a outros materiais, incluindo tecidos.

For the COVID-19 pandemic,

Para a pandemia de COVID-19,

we're designing RNA sensors to detect the virus

estamos projetando sensores de RNA para detectar o vírus

and freeze-drying these along with the needed cellular machinery

e liofilizá-los juntamente com as máquinas celulares necessárias

into the fabric of a face mask,

no tecido de uma máscara facial,

where the simple act of breathing,

na qual o simples ato de respirar,

along with the water vapor that comes with it,

junto com o vapor de água da respiração, pode ativar o teste.

can activate the test.

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

Assim, se um paciente estiver infectado com SARS-CoV-2,

the mask will produce a fluorescent signal

a máscara produzirá um sinal fluorescente

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

que poderia ser detectado por um dispositivo portátil simples e barato.

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

Em uma ou duas horas, um paciente poderia ser diagnosticado

safely, remotely and accurately.

de forma segura, remota e precisa.

We're also using synthetic biology

Também estamos usando biologia sintética

to design a candidate vaccine for COVID-19.

para projetar uma vacina candidata ao COVID-19.

We are repurposing the BCG vaccine,

Estamos redirecionando a vacina BCG, usada contra a tuberculose há quase um século.

which had been used against TB for almost a century.

It's a live attenuated vaccine,

É uma vacina viva atenuada,

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

e a estamos projetando para expressar antígenos SARS-CoV-2,

which should trigger the production of protective antibodies

que devem desencadear a produção de anticorpos protetores

by the immune system.

pelo sistema imunológico.

Importantly, BCG is massively scalable

É importante ressaltar que a BCG é massivamente escalável

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

e possui um perfil de segurança entre os melhores de qualquer vacina relatada.

With the tools of synthetic biology and artificial intelligence,

Com as ferramentas da biologia sintética e da inteligência artificial,

we can win the fight against this novel coronavirus.

podemos vencer a luta contra esse novo coronavírus.

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

Este trabalho está nos estágios iniciais, mas a promessa é real.

Science and technology can give us an important advantage

Ciência e tecnologia podem nos dar uma vantagem importante

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

na batalha da inteligência humana contra os genes das superbactérias,

a battle we can win.

uma batalha que podemos vencer.

Thank you.

Obrigado.