Trong những năm trở lại đây, với sự phát triển mạnh mẽ của ngành khoa học máy tính và trí tuệ nhân tạo đã mở ra nhiều tiềm năng trong lĩnh vực y tế học. Trong lĩnh vực y tế, để tìm ra loại kháng sinh mới cần một khoảng thời gian nhất đinh và tiền bạc. Nhưng với hệ thống trí tuệ nhân tạo( AI) mới của IBM, thì có thể chỉ mất trong vài ngày.
Theo thông tin tờ Vox, các nhà nghiên cứu IBM đã và đang sử dụng hệ thống trí tuệ nhân tạo (AI) có thể cho ra thiết kế phân tử của kháng sinh. Hãy cùng tìm hiểu sự đột phá mới trong sự phất triển công nghệ y học hiện đại ngày nay nhé!
Thực trạng đáng lo ngại trong việc lạm dụng kháng sinh
Lạm dụng kháng sinh đã trở lên phổ biến ở nhiều quốc gia
Khi có kháng sinh mới ra đời, chúng có tác dụng cứu mạng sống con người. Từ khi phát hiện ra penicillin năm 1928, khởi đầu cho kỷ nguyên kháng sinh hiện đại. Con người đã phụ thuộc vào kháng sinh để chữa các bệnh nguy hiểm như lao. Hay giúp sản phụ an toàn trong khi mổ đẻ…
Tuy nhiên, các chuyên gia cảnh báo con người đang bước vào kỷ nguyên hậu kháng sinh. Thời điểm mà các loại kháng sinh hiện có đang hầu như vô dụng. Vì chúng ta quá lạm dụng kháng sinh trong nuôi trồng, chữa bệnh.
Theo báo cáo mới của tổ chức từ thiện Pew Charitable Trusts. Đại dịch COVID-19 đã khiến cho vấn đề kháng kháng sinh thêm trầm trọng. Các bác sĩ có xu hướng kê kháng sinh không cần thiết cho bệnh nhân. Ngay cả khi COVID-19 là bệnh do virus gây ra và kháng sinh không có tác dụng với virus. Nhưng bác sĩ vẫn cho bệnh nhân dùng kháng sinh để chống nhiễm trùng thứ phát khi nằm viện. Ngay cả khi chưa biết bệnh nhân có viêm nhiễm hay không.
Việc điều trị đã không được xem là hiệu quả khi đề kháng lại kháng sinh
Ngày nay, cứ vài phút lại có một người ở Mỹ chết vì viêm nhiễm mà kháng sinh không thể điều trị. Trong một năm, 700.000 người khắp thế giới tử vong vì các loại viêm nhiễm kháng kháng thuốc. Số ca tử vong hàng năm có thể tăng lên 10 triệu người vào năm 2050 trừ khi có thay đổi lớn.
Các công ty công nghệ sinh học và hãng dược lớn không tạo ra kháng sinh mới. Vì mất nhiều năm và nhiều tiền nghiên cứu, phát triển. Phần lớn các hợp chất mới đều thất bại. Ngay cả nếu thành công thì cũng không đủ bù chi phí.
Cách tiếp cận mới
Trong nhiều thập kỷ qua, có rất ít các chất kháng sinh mới được phát triển. Và hầu hết trong số những loại kháng sinh mới nhất được thông qua là các biến thể không khác nhiều của các loại thuốc hiện có. Những phương pháp hiện tại để sàng lọc thuốc kháng sinh mới thường cực kỳ tốn kém. Đòi hỏi khoảng thời gian nhất định cho nghiên cứu. Và bị hạn chế trong trong phạm vi hẹp về đa dạng hóa học.
“Chúng ta đang đối mặt với cuộc khủng hoảng ngày càng gia tăng về việc kháng kháng sinh. Và tình thế hiện giờ không những từ sự gia tăng các nhóm vi khuẩn gây bệnh kháng lại các loại kháng sinh sẵn có mà còn là sự thiếu hụt giải pháp trong ngành công nghiệp sinh học. Dược trong việc phát triển thuốc kháng sinh mới.”- Giáo sư Collins phát biểu.
Vị cứu tinh trí tuệ nhân tạo (AI)
Công nghệ AI của IBM xuất hiện
Trong bối cảnh đó, hệ thống AI của IBM xuất hiện. Hệ thống này dựa vào mô hình tạo sinh.
Trong bước đầu tiên, các nhà nghiên cứu sử dụng cơ sở dữ liệu về các phân tử peptide hiện có. Sau đó, AI sẽ lấy thông tin từ cơ sở dữ liệu này và phân tích đặc điểm để tìm ra mối liên hệ giữa các phân tử và đặc tính. AI có thể phát hiện ra rằng khi phân tử có cấu trúc hoặc thành phần cụ thể nào đó. Nó có xu hướng thực hiện một chức năng nhất định. Điều này giúp AI “học” quy tắc cơ bản trong thiết kế phân tử.
Cuối cùng, các nhà nghiên cứu cho AI biết họ muốn phân tử mới có đặc điểm gì. Bằng những thông tin đó, AI sẽ thiết kế phân tử mới thỏa mãn các điều kiện. Các nhà nghiên cứu sẽ chọn phương án tốt nhất. Và bắt đầu thử nghiệm trên chuột trong phòng thí nghiệm.
Phương pháp thiết kế peptide kháng khuẩn mới
Các nhà nghiên cứu IBM cho rằng cách tiếp cận của họ vượt trội các phương pháp thiết kế peptide kháng khuẩn mới tới 10%. Họ đã có thể thiết kế 2 peptide kháng khuẩn mới có hiệu quả cao. Trong đó có loại chống phế trực khuẩn gây viêm nhiễm ở bệnh nhân. Peptide này có độc lực thấp khi được thử nghiệm trên chuột, dấu hiệu cho thấy nó an toàn.
Đây không phải lần đầu tiên AI tỏ ra hứa hẹn trong giải quyết các vấn đề hóc búa trong ngành sinh học. Năm 2020, phòng thí nghiệm nghiên cứu AI DeepMind đã phát hiện ra cách protein cuộn xoắn thế nào. Đây là thách thức khiến các nhà sinh học đau đầu suốt 50 năm qua. Một thành tích nữa của hệ thống AI do các nhà nghiên cứu MIT huấn luyện là dự báo phân tử nào sẽ có đặc điểm diệt khuẩn.
Tuy nhiên, nghiên cứu của IBM khác với MIT ở chỗ họ không huấn luyện AI về các phân tử mà con người đã biết là có đặc điểm kháng khuẩn (100.000 điểm dữ liệu). IBM huấn luyện AI trên cơ sở dữ liệu lớn hơn nhiều (1,7 triệu điểm dữ liệu).
Kết luận
Hiện nay, nhóm nghiên cứu ở IBM đang tìm cách để hệ thống AI thiết kế cách điều trị COVID-19. Họ không chỉ muốn ứng dụng hệ thống AI trong tìm ra kháng sinh mới mà còn hy vọng có thể ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác, giúp các nhà khoa học phát hiện và thiết kế các loại thuốc và phương pháp điều trị hiệu quả hơn cho các loại bệnh, giúp chống biến đổi khí hậu, giúp tìm ra các vật liệu thông minh… Đồng thời cải tiến trong lĩnh vực sử dụng thuốc sáng sinh hợp lý.
Để lại một phản hồi