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

Reviewer: Thu Ha Tran

So how are we going to beat this novel coronavirus?

Vậy chúng ta làm cách nào để đẩy lùi vi-rút corona mới này?

By using our best tools:

Bằng cách sử dụng các công cụ tốt nhất:

our science and our technology.

khoa học và công nghệ.

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

Tại phòng thí nghiệm, chúng tôi sử dụng các công cụ trí tuệ nhân tạo

and synthetic biology

và sinh học tổng hợp

to speed up the fight against this pandemic.

nhằm thúc đẩy cuộc chiến chống lại đại dịch này.

Our work was originally designed

Công việc của chúng tôi ban đầu là để

to tackle the antibiotic resistance crisis.

giải quyết khủng khoảng do kháng thuốc kháng sinh.

Our project seeks to harness the power of machine learning

Dự án của chúng tôi cố gắng để tận dụng sức mạnh của máy học

to replenish our antibiotic arsenal

nhằm bổ sung hệ thống kháng sinh

and avoid a globally devastating postantibiotic era.

và ngăn chặn kỷ nguyên hậu kháng sinh thảm hoạ trên toàn cầu.

Importantly, the same technology can be used

Quan trọng là, công nghệ tương tự có thể dùng

to search for antiviral compounds

để tìm kiếm những hợp chất kháng vi-rút

that could help us fight the current pandemic.

giúp chúng ta chống lại đại dịch hiện nay.

Machine learning is turning the traditional model of drug discovery

Máy học đang thay đổi hoàn toàn mô hình khám phá thuốc truyền thống.

on its head.

With this approach,

Với hướng tiếp cận này,

instead of painstakingly testing thousands of existing molecules

thay vì thử nghiệm tỉ mỉ hàng nghìn phân tử

one by one in a lab

từng chất một

for their effectiveness,

để đánh giá hiệu quả của chúng,

we can train a computer to explore the exponentially larger space

chúng ta có thể huấn luyện một máy tính để khám phá vô vàn

of essentially all possible molecules that could be synthesized,

các phân tử thiết yếu mà chúng ta có thể tổng hợp được,

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

và do đó, thay vì tìm kiếm một cây kim trong đống cỏ khô,

we can use the giant magnet of computing power

chúng ta có thể dùng nam châm khổng lồ của sức mạnh máy tính

to find many needles in multiple haystacks simultaneously.

để tìm nhiều cây kim khác trong nhiều đống cỏ khô cùng một lúc.

We've already had some early success.

Chúng tôi đã thu được thành công bước đầu.

Gần đây, chúng tôi sử dụng máy học để tìm ra những kháng sinh mới

Recently, we used machine learning to discover new antibiotics

that can help us fight off the bacterial infections

có thể giúp chống lại nhiễm trùng do vi khuẩn

that can occur alongside SARS-CoV-2 infections.

mà có thể xảy ra đồng thời với nhiễm SARS-CoV-2.

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

Hai tháng trước, “Dự án táo bạo” của TED đã chấp nhận tài trợ cho chúng tôi

to massively scale up our work

để mở rộng quy mô nghiên cứu

with the goal of discovering seven new classes of antibiotics

với mục tiêu tìm ra được bảy nhóm kháng sinh mới

against seven of the world's deadly bacterial pathogens

để chống lại bảy vi khuẩn gây chết trên thế giới

over the next seven years.

trong bảy năm tới.

For context:

Bối cảnh là

the number of new class of antibiotics

số lượng nhóm kháng sinh mới

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

được phát hiện trong ba thập kỷ qua là con số không.

Khi việc tìm các kháng sinh mới là vì tương lai trung hạn của chúng ta,

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

the novel coronavirus poses an immediate deadly threat,

thì vi-rút corona chủng mới đã đem đến một mối đe dọa chết người ngay lập tức,

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

và tôi vui mừng thông báo rằng chúng tôi nghĩ có thể sử dụng cùng công nghệ

to search for therapeutics to fight this virus.

để tìm kiếm phương pháp trị liệu chống lại vi-rút này.

So how are we going to do it?

Chúng ta sẽ làm điều đó như thế nào?

Well, we're creating a compound training library

Chúng tôi đang tạo ra một thư viện thực nghiệm tổng hợp

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

và các nhóm cộng tác đưa những phân tử này vào tế bào bị nhiễm SARS-CoV-2

to see which of them exhibit effective activity.

để xem những phân tử nào hoạt động hiệu quả.

These data will be use to train a machine learning model

Những dữ liệu này sẽ được dùng để huấn luyện mô hình máy học

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

ứng dụng vào thư viện mô phỏng với hơn một tỉ phân tử

to search for potential novel antiviral compounds.

để tìm kiếm các hợp chất có khả năng kháng vi-rút mới.

We will synthesize and test the top predictions

Chúng tôi sẽ tổng hợp và kiểm tra những dự đoán hàng đầu

và đưa các chất hứa hẹn nhất đến thực nghiệm.

and advance the most promising candidates into the clinic.

Sound too good to be true?

Nghe có vẻ viển vông quá đúng không?

Well, it shouldn't.

Vâng, không hẳn là thế.

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

Dự án Kháng sinh AI được thành lập trên những bằng chứng nghiên cứu

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

giúp chúng tôi khám phá ra một kháng sinh phổ rộng mới

called halicin.

gọi là halicin.

Halicin has potent antibacterial activity

Halicin có hoạt tính kháng khuẩn mạnh

against almost all antibiotic-resistant bacterial pathogens,

chống lại hầu hết các vi khuẩn kháng thuốc kháng sinh

including untreatable panresistant infections.

kể cả nhiễm trùng kháng lại tất cả thuốc điều trị hiện có.

Importantly, in contrast to current antibiotics,

Quan trọng là, khác với kháng sinh hiện tại,

the frequency at which bacteria develop resistance against halicin

tần suất mà vi khuẩn phát triển sức đề kháng chống lại halicin

is remarkably low.

là rất thấp.

We tested the ability of bacteria to evolve resistance against halicin

Chúng tôi đã kiểm tra khả năng vi khuẩn kháng halicin

as well as Cipro in the lab.

cũng như là Cipro trong lab.

In the case of Cipro,

Đối với Cipro,

after just one day, we saw resistance.

sau một ngày, chúng tôi đã thấy kháng thuốc.

In the case of halicin,

Đối với halicin,

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

sau một ngày, chúng tôi không thấy kháng thuốc.

Amazingly, after even 30 days,

Ngạc nhiên là, thậm chí sau 30 ngày,

we didn't see any resistance against halicin.

chúng tôi cũng không thấy đề kháng halicin.

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

Trong dự án thí điểm này, chúng tôi thử khoảng 2.500 chất chống lại E. coli.

This training set included known antibiotics,

Thí nghiệm này bao gồm những kháng sinh đã có sẵn

such as Cipro and penicillin,

như Cipro và penicillin,

as well as many drugs that are not antibiotics.

cũng như nhiều loại thuốc không phải kháng sinh.

These data we used to train a model

Chúng tôi dùng những dữ liệu này để huấn luyện mô hình

to learn molecular features associated with antibacterial activity.

tìm hiểu về những đặc tính phân tử có liên quan đến hoạt tính kháng khuẩn,

We then applied this model to a drug-repurposing library

sau đó áp dụng nó vào thư viện thuốc chuyển mục đích dùng,

consisting of several thousand molecules

bao gồm hàng ngàn phân tử

and asked the model to identify molecules

và yêu cầu mô hình nhận dạng các phân tử

that are predicted to have antibacterial properties

được dự đoán có khả năng kháng khuẩn

but don't look like existing antibiotics.

nhưng không phải là kháng sinh hiện có.

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

Điều thú vị là chỉ có một phân tử trong thư viện đáp ứng các tiêu chí này,

and that molecule turned out to be halicin.

và phân tử đó hóa ra lại là halicin.

Given that halicin does not look like any existing antibiotic,

Dù rằng halicin không giống như bất kì kháng sinh hiện có nào,

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

điều này là phi thường đối với nhân loại, kể cả chuyên gia kháng sinh,

to identify halicin in this manner.

để tìm ra halicin trong trường hợp này.

Imagine now what we could do with this technology

Hãy tưởng tượng giờ chúng ta có thể làm gì với công nghệ này

against SARS-CoV-2.

nhằm chống lại SARS-CoV-2.

And that's not all.

Và đó không phải là tất cả.

We're also using the tools of synthetic biology,

Chúng tôi cũng sử dụng những ứng dụng của sinh học tổng hợp,

tìm tòi về DNA và các bào quan khác của tế bào,

tinkering with DNA and other cellular machinery,

to serve human purposes like combating COVID-19,

để phục vụ mục đích của con người như chống lại COVID-19,

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

và thêm nữa, chúng tôi đang nghiên cứu phát triển khẩu trang bảo hộ

that can also serve as a rapid diagnostic test.

mà có thể dùng như là một xét nghiệm chẩn đoán nhanh.

So how does that work?

Vậy nó hoạt động như thế nào?

Well, we recently showed

Gần đây chúng tôi đã nói

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

bạn có thể lấy một bào quan ra khỏi một tế bào sống

and freeze-dry it along with RNA sensors onto paper

và làm đông-khô nó cùng với cảm biến RNA trên giấy

nhằm tạo ra xét nghiệm chẩn đoán chi phí thấp cho Ebola và Zika.

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

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

Cảm biến được kích hoạt khi chúng được cấp nước bởi một mẫu thử

that could consist of blood or saliva, for example.

có thể là máu hoặc nước bọt của bệnh nhân.

It turns out, this technology is not limited to paper

Hóa ra, công nghệ này không giới hạn trên giấy

and can be applied to other materials, including cloth.

mà còn có thể ứng dụng trên những vật liệu khác như vải.

For the COVID-19 pandemic,

Trong đại dịch COVID-19,

we're designing RNA sensors to detect the virus

chúng tôi đang thiết kế cảm biến RNA để tìm ra vi-rút

và làm đông-khô chúng cùng với những bộ máy tế bào cần thiết

and freeze-drying these along with the needed cellular machinery

into the fabric of a face mask,

cho chúng vào vải khẩu trang,

where the simple act of breathing,

và chỉ đơn giản là thở,

along with the water vapor that comes with it,

cùng với hơi nước trong hơi thở

can activate the test.

là có thể kích hoạt xét nghiệm.

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

Vì vậy, nếu bệnh nhân phơi nhiễm với SARS-CoV-2,

the mask will produce a fluorescent signal

khẩu trang sẽ phát một tín hiệu huỳnh quang

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

được phát hiện bởi một thiết bị đơn giản, rẻ tiền.

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

Trong một hoặc hai giờ, bệnh nhân có thể được chẩn đoán

safely, remotely and accurately.

một cách an toàn, từ xa và chính xác.

We're also using synthetic biology

Chúng tôi cũng dùng sinh học tổng hợp

to design a candidate vaccine for COVID-19.

để tạo ra mẫu vaccine cho COVID-19.

Chúng tôi đang tái tạo lại công năng của BCG vaccine,

We are repurposing the BCG vaccine,

which had been used against TB for almost a century.

đã được dùng để chống lại bệnh lao gần một thế kỷ.

It's a live attenuated vaccine,

Nó là một vaccine sống giảm độc lực,

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

và chúng tôi đang thiết kế nó để biểu hiện kháng nguyên SARS-CoV-2,

which should trigger the production of protective antibodies

thứ sẽ kích hoạt sản xuất kháng thể bảo vệ cơ thể

by the immune system.

bằng hệ miễn dịch.

Importantly, BCG is massively scalable

Quan trọng là, BCG dễ dàng sản xuất với số lượng lớn

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

và khá an toàn trong số những vaccine tốt nhất.

With the tools of synthetic biology and artificial intelligence,

Với những ứng dụng của sinh học tổng hợp và trí tuệ nhân tạo,

ta có thể chiến thắng trong cuộc chiến chống lại vi-rút corona chủng mới.

we can win the fight against this novel coronavirus.

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

Trận chiến chỉ vừa mới bắt đầu, nhưng những hứa hẹn là thật.

Science and technology can give us an important advantage

Khoa học và công nghệ mang cho chúng ta những lợi ích quan trọng

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

trong trận chiến giữa trí tuệ nhân loại và gene của siêu vi khuẩn,

a battle we can win.

một cuộc chiến chúng ta có thể thắng.

Thank you.

Xin cảm ơn.