Hoe gaan we dit nieuwe coronavirus verslaan?
Door onze beste gereedschappen te gebruiken:
onze wetenschap en technologie.
In mijn lab gebruiken we kunstmatige intelligentie
en synthetische biologie
om het gevecht tegen deze pandemie te versnellen.
Ons werk was oorspronkelijk bedoeld
om iets te doen aan de crisis rond antibioticaresistentie.
Met ons project willen we de kracht van machinaal leren gebruiken
om ons antibiotica-arsenaal aan te vullen
en een wereldwijde ramp van antibioticaresistentie te voorkomen.
Dezelfde technologie kan worden gebruikt
om antivirale verbindingen te zoeken
die ons kunnen helpen om de pandemie te bevechten.
Machinaal leren zet de gewone manier van het ontdekken van medicijnen
op zijn kop.
Met deze aanpak,
in plaats van het een voor een testen van duizenden bestaande moleculen
in een lab
op hun effectiviteit,
kunnen we een computer trainen om de veel grotere ruimte te verkennen
van alle mogelijke moleculen die gesynthetiseerd kunnen worden,
en dus, in plaats van het zoeken van een speld in een hooiberg,
kunnen we de enorme magneet van de rekenkracht gebruiken
om veel naalden te vinden in meerdere hooibergen tegelijk.
We hebben al wat vroege successen gehad.
We hebben machinaal leren gebruikt om nieuwe antibiotica te ontdekken
die ons helpen om bacteriële infecties te bevechten
die naast SARS-CoV-2-infecties kunnen voorkomen.
Twee maanden geleden keurde het project van TED onze financiering goed
om ons werk enorm op te schalen
om zeven nieuwe soorten antibiotica te ontdekken
tegen zeven van 's werelds dodelijkste bacteriële ziekteverwekkers
in de komende zeven jaar.
Voor de context:
Het aantal nieuwe soorten antibiotica
dat de laatste drie decennia is ontdekt, is nul.
Terwijl het zoeken naar nieuwe antibiotica voor de iets langere termijn is,
vormt het nieuwe coronavirus een onmiddellijk doodsgevaar,
en ik wil graag delen dat we denken dezelfde technologie te kunnen gebruiken
om medicijnen te zoeken tegen dit virus.
Dus hoe gaan we het doen?
We maken een bibliotheek van verbindingen
en we passen deze moleculen toe op cellen die geïnfecteerd zijn met SARS-CoV-2
om te zien welke effectief zijn.
Deze data wordt gebruikt om een machinaal leren-model te trainen
dat wordt toegepast op een computerbieb met meer dan een miljard moleculen
om mogelijke nieuwe antivirale verbindingen te vinden.
We gaan de beste voorspellingen synthetiseren en testen
en de meest veelbelovende naar de kliniek brengen.
Klinkt dit te goed om waar te zijn?
Dat zou niet moeten.
De financiering van dit project is gebaseerd op ons onderzoek
dat leidde tot de ontdekking van een breed toepasbaar antibioticum
dat halicine heet.
Halicine heeft krachtige antibacteriële activiteit
tegen bijna alle antibioticaresistente bacteriële ziekteverwekkers,
inclusief onbehandelbare infecties die overal tegen bestand zijn.
In tegenstelling tot bij huidige antibiotica
is de frequentie waarmee bacteriën resistentie ontwikkelen tegen halicine
opmerkelijk laag.
We testten het vermogen van bacteriën om resistent te worden tegen halicine
en tegen Cipro in het lab.
In het geval van Cipro
zagen we na één dag al resistentie.
In het geval van halicine
zagen we na één dag geen resistentie.
Zelfs na 30 dagen zagen we verbazingwekkend genoeg
geen resistentie tegen halicine.
In dit proefproject testten we eerst ongeveer 2500 verbindingen tegen E. coli.
In deze trainingsset zaten bekende antibiotica
zoals Cipro en penicilline,
naast veel medicijnen die geen antibiotica zijn.
We gebruikten deze data om een model te trainen
om moleculaire kenmerken te leren die horen bij antibacteriële activiteit.
We pasten dit model toe op een bibliotheek van medicijnen
met duizenden moleculen
en we vroegen het model om te voorspellen
welke moleculen antibacteriële eigenschappen hebben,
maar die niet lijken op bestaande antibiotica.
Interessant genoeg voldeed slechts één molecuul aan deze criteria,
en dat molecuul bleek halicine te zijn.
Omdat halicine niet lijkt op een bestaand antibioticum,
was het onmogelijk geweest voor een mens, ook voor een expert in antibiotica,
om halicine op deze manier te vinden.
Stel je voor wat we met deze technologie kunnen doen
tegen SARS-CoV-2.
En dat is nog niet alles.
We gebruiken ook de gereedschappen van de synthetische biologie,
we sleutelen met DNA en andere cellulaire mechanismen
om de mens te dienen, bijvoorbeeld door COVID-19 te bevechten.
We werken ook aan een beschermend masker
dat ook dienstdoet als een snelle diagnostische test.
Hoe werkt dat?
Kortgeleden toonden we aan
dat je onderdelen uit een levende cel kunt halen
en op papier kunt invriezen samen met RNA-sensoren
om goedkope diagnostische materialen te maken voor ebola en zika.
De sensoren worden geactiveerd door rehydratatie met een patiëntmonster
van bijvoorbeeld bloed of speeksel.
Het blijkt dat deze technologie niet beperkt is tot papier
en op andere materialen kan worden toegepast, inclusief stof.
Voor de COVID-19-pandemie
ontwerpen we RNA-sensoren om het virus te detecteren
en vriezen we deze in, samen met de benodigde celonderdelen,
in de stof van een gezichtsmasker
waarbij het ademen,
met de waterdamp die daarbij vrijkomt,
de test activeert.
Als een patiënt dus geïnfecteerd is met SARS-CoV-2,
produceert het masker een fluorescent signaal
dat met een simpel, goedkoop handapparaat kan worden gedetecteerd.
Binnen een of twee uur kan een patiënt dus gediagnosticeerd worden,
veilig, nauwkeurig en op afstand.
We gebruiken synthetische biologie ook
om een mogelijk vaccin te ontwikkelen tegen COVID-19.
We gebruiken het BCG-vaccin,
dat al bijna een eeuw lang tegen TB is gebruikt.
Het is een levend, verzwakt vaccin
en we maken het met SARS-CoV-2-antigenen,
die beschermende antilichamen zouden moeten laten produceren
door het immuunsysteem.
Belangrijk is dat BCG erg goed op te schalen is
en een van de beste veiligheidsprofielen heeft van alle gerapporteerde vaccins.
Met synthetische biologie en kunstmatige intelligentie
kunnen we het gevecht tegen dit nieuwe coronavirus winnen.
Dit project staat in de kinderschoenen, maar is veelbelovend.
Wetenschap en technologie kunnen ons een belangrijk voordeel geven
in de strijd tussen menselijk verstand en genen van supervirussen,
een strijd die we kunnen winnen.
Dank jullie wel.