Модель DECIPHAER точно определяет механизмы воздействия противотуберкулезных препаратов на бактерии. Технология может ускорить разработку новых лекарств против одного из самых смертоносных инфекционных заболеваний в мире.
Несмотря на существенный прогресс, туберкулез остается серьезной угрозой: стандартное лечение требует приема нескольких препаратов в течение минимум шести месяцев, а у каждого пятого пациента диагностируется лекарственно-устойчивая форма. Главная сложность в разработке новых лекарств — невозможность точно определить, как именно препарат убивает бактерию.
Система, созданная в Университете Тафтса, сочетает морфологическое профилирование (анализ изменений формы и структуры бактерий под воздействием лекарств) и данные об активности генов. ИИ обучили связывать визуальные изменения в клетках с молекулярными процессами — какие гены включаются или выключаются при определенных повреждениях.
«У туберкулеза, вероятно, есть несколько ахиллесовых пят, которые мы могли бы устранить одновременно. Но на удивление сложно точно определить, как именно препарат убивает целевую клетку», — отмечает профессор Бри Олдридж, соавтор исследования.
Оригинальная цитата: «TB likely has multiple Achilles’ heels that we could hit all at once. But it’s surprisingly difficult to figure out exactly how a drug kills its target cell.»
Исследователи делают снимки бактерий туберкулеза высокого разрешения в момент их гибели от нового препарата, а затем сравнивают полученные «повреждения» с паттернами от известных антибиотиков. Если новый препарат разрушает клетки так же, как лекарства, атакующие клеточную стенку, можно предположить аналогичный механизм действия.
Традиционное определение механизма действия требует дорогостоящего секвенирования РНК, а DECIPHAER предсказывает молекулярные эффекты препарата только по изображениям клеток. Это позволит быстрее тестировать комбинации лекарств, условия роста и генетические штаммы бактерий.
Технологию использовали для тестирования одного перспективного препарата против туберкулеза. Авторы считали, что он разрушает клеточную стенку бактерий, но DECIPHAER выявил другой механизм: лекарство нарушает дыхательную цепь и лишает клетки способности вырабатывать энергию.
Хотя технология создана для борьбы с туберкулезом, тот же подход может применяться для изучения других инфекционных заболеваний и рака.
