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

Tradutor: Rita Marques Revisora: Margarida Ferreira

So how are we going to beat this novel coronavirus?

Então, como é que vamos vencer o novo coronavírus?

By using our best tools:

Utilizando os nossos melhores instrumentos:

our science and our technology.

a nossa ciência e tecnologia.

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

No meu laboratório, usamos ferramentas de inteligência artificial

and synthetic biology

e a biologia sintética,

to speed up the fight against this pandemic.

para acelerar a luta contra esta pandemia.

O nosso trabalho foi originalmente projetado

Our work was originally designed

to tackle the antibiotic resistance crisis.

para abordar a crise de resistência aos antibióticos.

Our project seeks to harness the power of machine learning

O nosso projeto procura aproveitar o poder de aprendizagem da máquina

to replenish our antibiotic arsenal

para reabastecer o nosso arsenal antibiótico

and avoid a globally devastating postantibiotic era.

e evitar uma devastadora era pós-antibiótica a nível global.

Importantly, the same technology can be used

Principalmente, a mesma tecnologia pode ser usada

to search for antiviral compounds

para procurar compostos antivirais

that could help us fight the current pandemic.

que possam ajudar-nos a combater a pandemia atual.

A aprendizagem de máquina está a mudar de forma radical

Machine learning is turning the traditional model of drug discovery

o modelo tradicional de descoberta de drogas.

on its head.

With this approach,

Com esta 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 a uma, num laboratório

for their effectiveness,

para determinar a eficácia delas,

we can train a computer to explore the exponentially larger space

podemos treinar um computador para explorar um espaço muitíssimo maior

of essentially all possible molecules that could be synthesized,

de todas as moléculas possíveis que possamos sintetizar,

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

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

we can use the giant magnet of computing power

podemos usar o íman gigante do poder da informática

to find many needles in multiple haystacks simultaneously.

para encontrar muitas agulhas em muitos palheiros, simultaneamente.

We've already had some early success.

Já tivemos algum sucesso inicial.

Recentemente, usámos a aprendizagem de máquina

Recently, we used machine learning to discover new antibiotics

para descobrir novos antibióticos

that can help us fight off the bacterial infections

que podem ajudar-nos a lutar contra as infeções bacterianas

that can occur alongside SARS-CoV-2 infections.

que podem ocorrer juntamente com infeções de SARS-CoV-2 .

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

Há dois meses, o Audacious Project do TED aprovou o nosso financiamento,

to massively scale up our work

para ampliar maciçamente o 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 mais mortais do mundo

over the next seven years.

durante os 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.

que foram descobertas durante as três últimas décadas, é zero.

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

Enquanto a procura de novos antibióticos é para um futuro a médio prazo,

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

Estou feliz por informar que achamos poder usar a mesma tecnologia

to search for therapeutics to fight this virus.

para procurar terapêuticas para combater este vírus.

So how are we going to do it?

Então como é que vamos fazer isso?

Well, we're creating a compound training library

Estamos a criar uma biblioteca de formação composta

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

com colaboradores que aplicam essas moléculas

a células infetadas de SARS-CoV-2

to see which of them exhibit effective activity.

para ver quais delas exibem uma atividade eficaz.

These data will be use to train a machine learning model

Esses dados serão usados para treinar um modelo de aprendizagem de máquina

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

que será aplicado numa biblioteca "in silico"

de mais de mil milhões de moléculas

to search for potential novel antiviral compounds.

para procurar eventuais 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 apresentar às clínicas os candidatos mais promissores.

Sound too good to be true?

Soa bom demais para ser verdade? Bom, não devia.

Well, it shouldn't.

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

O projeto Antibiotics AI baseia-se na nossa 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 espetro chamado Halicin.

called halicin.

Halicin has potent antibacterial activity

O Halicin tem uma atividade antibacteriana potente

against almost all antibiotic-resistant bacterial pathogens,

contra quase todos as bactérias patogénicas resistentes a antibióticos.

including untreatable panresistant infections.

incluindo infeções pan-resistentes intratáveis.

Importantly, in contrast to current antibiotics,

Mais importante, em contraste com os antibióticos atuais

the frequency at which bacteria develop resistance against halicin

a frequência com que cada bactéria desenvolve resistência contra o Halicin

is remarkably low.

é notavelmente baixa.

We tested the ability of bacteria to evolve resistance against halicin

Nós testámos a capacidade de as bactérias desenvolverem resistência contra o Halicin

em comparação com o Cipro no laboratório.

as well as Cipro in the lab.

In the case of Cipro,

No caso do Cipro,

after just one day, we saw resistance.

ao fim de um dia apenas, detetámos resistência.

In the case of halicin,

No caso do Halicin,

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

ao fim de um dia, não detetámos nenhuma resistência.

Amazingly, after even 30 days,

Incrivelmente, ao fim de 30 dias,

we didn't see any resistance against halicin.

não detetámos nenhuma resistência ao Halicin.

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

Nesse projeto inicial, primeiro testámos cerca de 2500 compostos contra o E. coli.

This training set included known antibiotics,

Essa parte do treino incluía antibióticos conhecidos,

such as Cipro and penicillin,

como o Cipro e a penicilina,

as well as many drugs that are not antibiotics.

assim como muitas drogas que não são antibióticos.

These data we used to train a model

Usámos esses dados para treinar um modelo

to learn molecular features associated with antibacterial activity.

para saber as características moleculares associadas à atividade antibacteriana.

We then applied this model to a drug-repurposing library

Depois, aplicámos esse modelo numa biblioteca de drogas reutilizadas

consisting of several thousand molecules

formada por 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, previsivelmente, têm propriedades antibacterianas

but don't look like existing antibiotics.

mas não se parecem com os antibióticos existentes.

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

Curiosamente, somente uma molécula nessa biblioteca

encaixava nesses critérios, e essa molécula era o Halicin.

and that molecule turned out to be halicin.

Given that halicin does not look like any existing antibiotic,

Considerando que o Halicin não se parece com nenhum antibiótico existente,

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

teria sido impossível que uma pessoa, mesmo um especialista em antibióticos,

to identify halicin in this manner.

identificasse o Halicin dessa maneira.

Imagine now what we could do with this technology

Imaginem agora o que podemos fazer com esta tecnologia

against SARS-CoV-2.

contra a SARS-CoV-2.

And that's not all.

E isto não é tudo.

We're also using the tools of synthetic biology,

Também vamos usar as ferramentas da biologia sintética,

tinkering with DNA and other cellular machinery,

ajustando com o ADN e outros maquinismos celulares,

to serve human purposes like combating COVID-19,

para fins humanos como combater a COVID-19,

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

e, de notar, estamos a trabalhar para desenvolver uma máscara protetora

that can also serve as a rapid diagnostic test.

que também serve como um rápido teste de diagnóstico.

So how does that work?

Então, como isso funciona?

Well, we recently showed

Bom, nós mostrámos que podemos retirar o maquinismo 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-lo juntamente com sensores de ARN, em papel,

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

para criar diagnósticos de baixo custo para o Ébola 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 do paciente

that could consist of blood or saliva, for example.

que pode consistir em sangue ou saliva, por exemplo.

It turns out, this technology is not limited to paper

Acontece que essa tecnologia não se limita ao papel

and can be applied to other materials, including cloth.

e pode ser aplicada a outros materiais, incluindo o pano.

For the COVID-19 pandemic,

Para a pandemia de COVID-19,

we're designing RNA sensors to detect the virus

estamos a desenvolver sensores de ARN para detetar o vírus

e liofilizar esses sensores juntamente com o maquinismo celular necessário

and freeze-drying these along with the needed cellular machinery

into the fabric of a face mask,

no tecido de uma máscara facial,

where the simple act of breathing,

onde o simples ato de respirar,

along with the water vapor that comes with it,

juntamente com o vapor de água que acompanha a respiração

can activate the test.

pode ativar o teste.

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

Portanto, se um paciente está infetado com SARS-CoV-2,

a máscara produzirá um sinal fluorescente

the mask will produce a fluorescent signal

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

que pode ser detetado por um simples dispositivo portátil barato.

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

Em uma hora ou duas, o paciente pode ser diagnosticado com segurança,

safely, remotely and accurately.

à distância e com rigor.

We're also using synthetic biology

Também estamos a usar a biologia sintética

to design a candidate vaccine for COVID-19.

para desenvolver uma possível vacina para a COVID-19.

Estamos a redirecionar a vacina BCG

We are repurposing the BCG vaccine,

which had been used against TB for almost a century.

que foi usada contra a tuberculose durante quase um século.

It's a live attenuated vaccine,

É uma vacina viva atenuada

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

e estamos a modificá-la para conseguir antigenes SARS-CoV-2,

which should trigger the production of protective antibodies

que deverão desencadear a produção de anticorpos protetores

by the immune system.

pelo sistema imunológico.

Importantly, BCG is massively scalable

Melhor ainda, a BCG pode ser produzida em grande quantidade

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

e tem um dos melhores perfis de segurança de qualquer vacina já conhecida.

With the tools of synthetic biology and artificial intelligence,

Com estas ferramentas da biologia sintética e da inteligência artificial,

podemos vencer a luta contra o novo coronavírus.

we can win the fight against this novel coronavirus.

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

Este trabalho está nas etapas iniciais, mas a promessa é real.

Science and technology can give us an important advantage

A ciência e a tecnologia podem dar-nos uma importante vantagem

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.