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

Translator: Pavol Hučka Reviewer: Linda Magáthová

So how are we going to beat this novel coronavirus?

Ako zničíme nový koronavírus?

By using our best tools:

Našimi najlepšími nástrojmi:

our science and our technology.

vedou a technológiou.

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

V mojom laboratóriu používame nástroje umelej inteligencie

and synthetic biology

a syntetickej biológie,

to speed up the fight against this pandemic.

aby sme urýchlili boj proti tejto pandémii.

Our work was originally designed

Pôvodným cieľom nášho tímu

to tackle the antibiotic resistance crisis.

bolo vyriešiť krízu rezistencie antibiotík.

Our project seeks to harness the power of machine learning

Náš projekt sa snaží využiť silu strojového učenia na to,

to replenish our antibiotic arsenal

aby sme doplnili náš arzenál antibiotík

and avoid a globally devastating postantibiotic era.

a zabránili post-antibiotickej dobe, ktorá by zničila celý svet.

Importantly, the same technology can be used

Podstatné však je, že rovnaká technológia sa môže použiť

to search for antiviral compounds

pri hľadaní antivirotík,

that could help us fight the current pandemic.

ktoré by nám mohli pomôct v boji proti súčasnej pandémii.

Machine learning is turning the traditional model of drug discovery

Strojové učenie zásadne mení tradičný spôsob objavovania liekov.

on its head.

With this approach,

Týmto spôsobom,

instead of painstakingly testing thousands of existing molecules

namiesto toho, aby sme krkolomne testovali efektivitu

tisícky existujúcich molekúk v laboratóriu ručne,

one by one in a lab

for their effectiveness,

we can train a computer to explore the exponentially larger space

môžeme naučiť počítač preskúmať exponenciálne väčší priestor

of essentially all possible molecules that could be synthesized,

všetkých možných molekúl, ktoré by sme mohli syntetizovať.

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

A preto namiesto toho, aby sme hľadali ihlu v kope sena,

we can use the giant magnet of computing power

môžeme využiť obrovskú výpočtovú silu,

to find many needles in multiple haystacks simultaneously.

a nájsť mnoho ihiel vo viacerých kopách naraz.

We've already had some early success.

Máme za sebou prvé úspechy.

Recently, we used machine learning to discover new antibiotics

Nedávno sme použili strojové učenie pri objave nových antibiotík,

that can help us fight off the bacterial infections

ktoré nám môžu pomôcť v boji proti bakteriálnym infekciám,

that can occur alongside SARS-CoV-2 infections.

ktoré sa môžu objaviť súčasne s infekciou SARS-CoV-2.

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

Pred dvoma mesiacmi nám TED Audacious Project ponúkol prostriedky,

to massively scale up our work

aby sme mohli rozšíriť náš záber,

with the goal of discovering seven new classes of antibiotics

a objavili sedem nových druhov antibiotík

against seven of the world's deadly bacterial pathogens

účinných proti siedmim najsmrteľnejším patogénom na svete

over the next seven years.

v rozmedzí nasledujúcich siedmich rokov.

For context:

Aby som to uviedol do súvislostí:

the number of new class of antibiotics

Za posledných tridsať rokov nedošlo k objavu

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

ani jedného antibiotika novej triedy.

Zatiaľčo sa pri nových antibiotikách orientujeme na blízku budúcnosť,

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

the novel coronavirus poses an immediate deadly threat,

nový koronavírus predstavuje smrteľnú hrozbu práve teraz.

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

A som rád, že vám môžem povedať, že rovnakú technológiu môžeme použiť

to search for therapeutics to fight this virus.

pri tvorbe lieku proti tomuto vírusu.

So how are we going to do it?

Ale ako to dosiahneme?

Well, we're creating a compound training library

Vytvárame databázu skúšobných antivirotík

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

a s kolegami vkladáme tieto molekuly do buniek infikovaných SARS-CoV-2,

to see which of them exhibit effective activity.

aby sme videli, ktoré z nich sú v boji efektívne.

These data will be use to train a machine learning model

Dáta potom použijeme na natrénovanie modelu strojového učenia,

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

ktorý nasadíme do databázy viac ako miliardy molekúl vytvorených in silico,

to search for potential novel antiviral compounds.

aby sme našli možné nové antivirotiká.

We will synthesize and test the top predictions

Budeme syntetizovať a testovať najlepšie výsledky

and advance the most promising candidates into the clinic.

a posunieme ich na klinické testy.

Sound too good to be true?

Znie to neuveriteľne? Nemalo by.

Well, it shouldn't.

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

Projekt tvorby antibiotík umelou inteligenciou je založený

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

na výsledkoch nášho konceptuálneho výskumu,

ktorý viedol k objavu nového širokospektrálneho antibiotika - halicin.

called halicin.

Halicin has potent antibacterial activity

Halicin je veľmi účinný v boji

against almost all antibiotic-resistant bacterial pathogens,

proti takmer všetkým rezistentným bakteriálnym patogénom,

including untreatable panresistant infections.

vrátane nevyliečiteľných infekcií odolným voči všetkým antibiotikám.

Importantly, in contrast to current antibiotics,

Čo je podstatné, v porovnaní so súčasnými antibiotikami

the frequency at which bacteria develop resistance against halicin

je frekvencia, s akou si baktérie budujú rezistenciu voči halicinu,

is remarkably low.

pozoruhodne malá.

We tested the ability of bacteria to evolve resistance against halicin

Laboratórne sme testovali schopnosť baktérie vybudovať si

rezistenciu voči halicinu a ciprofloxacínu.

as well as Cipro in the lab.

In the case of Cipro,

V prípade ciprofloxacínu

after just one day, we saw resistance.

sme spozorovali rezistenciu už po jednom dni.

In the case of halicin,

V prípade halicinu

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

sme nespozorovali rezistenciu po jednom dni.

Amazingly, after even 30 days,

Úžasné je, že ani po 30 dňoch

we didn't see any resistance against halicin.

sa rezistencia voči halicinu nepotvrdila.

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

V tomto pilotnom projekte sme otestovali okolo 2 500 antivirotík proti E.coli.

This training set included known antibiotics,

Testovaná vzorka obsahovala známe antibiotiká

such as Cipro and penicillin,

ako ciprofloxacín a penicilín,

as well as many drugs that are not antibiotics.

ako aj mnoho iných liekov, ktoré nie sú antibiotiká.

These data we used to train a model

Tieto dáta sme použili na trénovanie modelu,

to learn molecular features associated with antibacterial activity.

aby si osvojil molekulárne vlastnosti potrebné na boj proti baktériám.

We then applied this model to a drug-repurposing library

Potom sme ho použili v databáze nových účinkov liekov,

consisting of several thousand molecules

ktorá obsahuje niekoľko tisíc molekúl,

and asked the model to identify molecules

a zadali sme mu úlohu, aby identifikoval molekuly

that are predicted to have antibacterial properties

s možnými antibakteriálnymi účinkami,

but don't look like existing antibiotics.

ktoré však nevyzerajú ako existujúce antibiotiká.

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

Prekvapujúco, len jedna molekula v databáze splnila tieto podmienky,

and that molecule turned out to be halicin.

a tou molekulou bol halicin.

Given that halicin does not look like any existing antibiotic,

Keďže halicin nevyzerá ako žiadne doposiaľ existujúce antibiotikum,

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

bolo by pre človeka, dokonca aj pre odborníka v tejto oblasti,

to identify halicin in this manner.

nemožné identifikovať halicin týmto spôsobom.

Imagine now what we could do with this technology

Predstavte si, ako by sme túto technológiu mohli použiť na boj proti SARS-CoV-2.

against SARS-CoV-2.

And that's not all.

A to nie je všetko.

We're also using the tools of synthetic biology,

Používame nástroje syntetickej biológie,

tinkering with DNA and other cellular machinery,

zasahujeme do DNA a iných bunkových mechanizmov,

to serve human purposes like combating COVID-19,

aby sme tak mohli pomôcť v boji (aj) proti COVID-19.

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

A za zmienku stojí, že pracujeme na vývoji rúška,

that can also serve as a rapid diagnostic test.

ktorý by mohol slúžiť ako rýchly diagnostický test.

So how does that work?

Ako to funguje?

Well, we recently showed

Dokázali sme,

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

že môžeme vybrať bunkový mechanizmus zo živej bunky,

and freeze-dry it along with RNA sensors onto paper

sublimačne ho vysušiť na kúsku papiera spolu s RNA senzormi,

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

a vytvoriť tak lacný diagnostický test na ebolu a ziku.

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

Senzori sa aktivujú rehydratáciou

that could consist of blood or saliva, for example.

prostredníctvom napríklad ľudskej krvi alebo slín.

It turns out, this technology is not limited to paper

Zistili sme, že táto technológia nie je obmedzená len na papier,

and can be applied to other materials, including cloth.

ale môže byť použitá na iných materiáloch, vrátane látok.

For the COVID-19 pandemic,

V prípade pandémie COVID-19

we're designing RNA sensors to detect the virus

vyberáme RNA senzory na identifikáciu vírusu,

and freeze-drying these along with the needed cellular machinery

tie spolu s potrebným bunkovým mechanizmom sublimačne vysušíme

into the fabric of a face mask,

a aplikujeme do látky určenej na rúška.

where the simple act of breathing,

Už len samotné dýchanie

along with the water vapor that comes with it,

a vodná para, ktorá pritom vzniká,

can activate the test.

dokáže test aktivovať.

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

Ak je pacient infikovaný SARS-CoV-2,

the mask will produce a fluorescent signal

rúško vyšle fluorescenčný signál,

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

ktorý môže detekovať aj jednoduché a lacné ručné zariadenie.

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

Za hodinu či dve môžeme pacienta diagnostikovať

safely, remotely and accurately.

bezpečne, presne a na diaľku.

We're also using synthetic biology

Syntentickú biológiu používame

to design a candidate vaccine for COVID-19.

aj na vytvorenie možnej vakcíny na COVID-19.

We are repurposing the BCG vaccine,

Hľadáme nové liečebné účely BCK vakcíny,

which had been used against TB for almost a century.

ktorá sa takmer sto rokov používa proti tuberkulóze.

It's a live attenuated vaccine,

Je to živá oslabená vakcína,

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

ktorú transformujeme tak, aby vytvorila antigény SARS-CoV-2,

which should trigger the production of protective antibodies

ktoré by mali spustiť produkciu ochranných protilátok

by the immune system.

imunitným systémom.

Importantly, BCG is massively scalable

Dôležitý je fakt, že BCG vakcína je veľmi dobre škálovateľná

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

a je jednou z najbezpečnejších zo všetkých známych vakcín.

With the tools of synthetic biology and artificial intelligence,

S pomocou syntentickej biológie a umelej inteligencie

we can win the fight against this novel coronavirus.

môžeme boj s novým koronavírusom vyhrať.

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

Sme vo veľmi počiatočnom štádiu, ale výsledky sú sľubné.

Science and technology can give us an important advantage

Veda a technológia nám dávajú veľkú výhodu

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

pri boji ľudského rozumu s génmi rezistentných baktérií.

a battle we can win.

A tento boj môžeme vyhrať.

Thank you.

Ďakujem.