L'intelligenza artificiale che ha scoperto un nuovo antibiotico (in due ore)

Un'intelligenza artificiale sviluppata dal MIT ha messo le ali alla ricerca di un antibiotico contro uno dei più temibili superbatteri ospedalieri, l'Acinetobacter Baumannii. Un programma di machine learning appositamente addestrato ha scandagliato migliaia di potenziali farmaci fino a individuare un nuovo antibiotico capace di neutralizzare il microrganismo, che preoccupa per la sua capacità di sviluppare resistenza alle classi di medicinali già impiegate per combatterlo. La scoperta è stata pubblicata su Nature Chemical Biology.

Un osso duro da sconfiggere. L'A. baumannii è un batterio diffuso negli ospedali responsabile di infezioni anche molto gravi, quali polmoniti e meningiti. È capace di resistere sulle superfici (come le maniglie delle porte o le strumentazioni mediche) anche per un mese, e può acquisire i geni dell'antibiotico-resistenza dall'ambiente in cui prolifera: per questi motivi capita spesso di trovare campioni del batterio resistenti a praticamente qualunque antibiotico attualmente disponibile.

Fase 1: apprendimento. Un team di scienziati del Massachusetts Institute of Technology (MIT) di Cambridge e della McMaster University di Hamilton, in Canada, ha pensato di sfruttare l'IA per un compito complesso come appunto neutralizzare questo "nemico pubblico" delle infezioni ospedaliere. Per istruire il modello computazionale da usare nello studio, gli scienziati hanno esposto campioni di A. baumannii coltivati in laboratorio a 7.500 composti chimici noti e già impiegati in ambito farmaceutico, così da mostrare all'algoritmo quali molecole fossero più efficaci nell'inibire la crescita del batterio. Attraverso questo training, l'IA ha "assorbito" le caratteristiche da cercare per sconfiggere il microrganismo.

Fase 2: ricerca. Forte di questo tesoro di istruzioni, l'IA ha analizzato un database di 6.680 composti che ancora non "conosceva", già approvati dalla FDA statunitense e catalogati nel Drug Repurposing Hub del Broad Institute (un archivio che incoraggia il repurposing, o riuso, di vecchi farmaci sviluppati per altri scopi, accorciando i tempi della ricerca). In meno di due ore il modello ha evidenziato 240 farmaci promettenti contro il superbatterio che gli scienziati hanno testato in laboratorio, concentrandosi su quelli con caratteristiche molto diverse da quelli usati fin qui, per ridurre il rischio di fenomeni di resistenza.

Nove di questi erano antibiotici e uno, ribattezzato abaucina e inizialmente studiato come potenziale farmaco contro il diabete, si è dimostrato particolarmente potente contro l'A. baumannii - ma non contro altre specie di batteri antibiotico-resistenti, come lo Pseudomonas aeruginosa, lo Staphylococcus aureus, e la famiglia delle Enterobacteriaceae.

Un unico obiettivo. Questa capacità di neutralizzare esclusivamente il superbatterio desiderato è piaciuta molto ai ricercatori, perché riduce il rischio di una rapida diffusione di episodi di resistenza contro il nuovo antibiotico.

Un altro vantaggio è che il farmaco potrebbe intervenire in modo mirato, senza eliminare anche i batteri utili che colonizzano l'intestino umano - e magari spianare la strada ad altre infezioni come conseguenza.

Intervento inedito. Anche il meccanismo d'azione dell'abaucina è piuttosto singolare: il nuovo antibiotico sottrae energia all'A. baumanii interferendo con un processo che favorisce il passaggio di proteine dall'interno di una cellula alle pareti cellulari. L'ipotesi è che l'A. baumannii svolga questo compito in maniera leggermente diversa rispetto agli altri batteri gram-negativi (la tipologia di batteri di cui il patogeno fa parte) e che questa esclusività favorisca l'efficacia selettiva dell'antibiotico.

Fase 3: azione! Per ora l'abaucina si è dimostrata efficace nel curare le ferite infettate da A. baumannii nei topi, e ha funzionato anche contro campioni del batterio resistenti a diversi antibiotici isolati in pazienti umani. Ora il team è al lavoro per ottimizzare le proprietà mediche della molecola così da poterla utilizzare come antibiotico. E intanto progetta di utilizzare di nuovo l'IA per cercare nuove soluzioni contro altri superbatteri, come lo Staphylococcus aureus e lo Pseudomonas aeruginosa.