Yeni antibiyotik keşfinde yapay zekâyı nasıl kullanıyoruz

Koronavirüs pandemisinden önce biyomühendis Jim Collins ve ekibi, farklı yönde ilerleyen bir krizle başa çıkabilmek için yapay zekânın gücüyle sentetik biyolojiyi birleştirdi: antibiyotiğe dirençli süper bakteriler. Collins, COVID-19'la savaşmak için nasıl bir dizi araç ve antiviral bileşen geliştirmeye başladıklarını ve önümüzdeki yedi yıl içinde yedi yeni sınıf antibiyotik keşfetme planlarını anlatıyor. (Bu cesur plan, TED'in küresel değişimi teşvik etme ve finansman sağlama hareketi olan Audacious Plan'in bir parçası.)

Pekâlâ bu yeni tip koronavirüsünü
nasıl yeneceğiz?

Elimizdeki en iyi araçları kullanarak --

bilim ve teknolojimizi.

Laboratuvarımda yapay zekâ
ve sentetik biyolojiyi kullanarak

bu pandemiye açtığımız savaşta
süreci hızlandırıyoruz.

İşimiz ilk önce antibiyotik direnci
krizini çözmeye yönelikti.

Projemizin amacı,
makine öğrenimi gücünü kullanarak

antibiyotik depomuzu yenilemek

ve böylelikle küresel çapta yıkıcı bir
post-antibiyotik çağa yakalanmamak.

Önemli nokta şu ki
aynı teknoloji kullanılarak

mevcut pandemi savaşına yardım edecek
antiviral bileşenler de aranabilir.

Makine öğrenimi,
geleneksel ilaç keşfi modeli için

tamamen ezber bozabilir.

Bu yaklaşımla,

bir laboratuvarda
tek tek binlerce mevcut molekülü

etkinliklerini anlamak için
test etmek yerine

bir bilgisayara çok daha
geniş bir alan taranacak şekilde

sentezlenebilecek tüm olası
molekülleri keşfetmesini öğretebiliriz

ve böylelikle samanlıkta
iğne aramak yerine

bilgisayar gücünün
dev mıknatısını kullanarak

aynı anda birden fazla samanlıkta
pek çok iğne bulabiliriz.

Erkenden bazı başarılara imza attık bile.

Yakın zamanda, SARS-CoV-2
enfeksiyonlarıyla birlikte seyredebilecek

bakteriyel enfeksiyonlarla
savaşmada umut vadeden

yeni antibiyotik keşfi için
makine öğrenimi kullandık.

İki ay önce, TED'in Audacious Project'i
işimizi ölçeklendirmemiz için

fon sağlamayı kabul etti.

Hedefimiz, önümüzdeki yedi yıl içinde
yeni sınıf yedi antibiyotik keşfederek

dünyanın yedi en ölümcül
bakteriyel patojenini yenmek.

İzah edeyim;

son 30 yıl içinde keşfedilen
yeni sınıf antibiyotik sayısı sıfır.

Orta vadeli gelecek planlarımız arasında
yeni antibiyotik arayışı olsa da

yeni tip koronavirüs mevcut bir
ölümcül tehdit teşkil ediyor,

ben de bu virüsle savaşmada
tedavi olanağı sağlayacak

aynı teknolojiyi
kullanabileceğimiz kanısındayım.

Peki bunu nasıl yapacağız?

Bir bileşen eğitim kütüphanesi yaratıyoruz

ve katılımcılar bu molekülleri SARS-CoV-2
virüsüyle enfekte hücrelere uygulayarak

hangilerinin etkili faaliyet
gösterdiğini inceliyorlar.

Bu veriler bir makine öğrenimi modeli
eğitmek için kullanılacak,

bu model, bir milyar üzeri moleküle sahip
bir kütüphanede bilgisayarla uygulanacak

ve potansiyel yeni tip
antiviral bileşenler aranacak.

En muhtemel tahminleri
sentezleyecek ve test edeceğiz

ve en çok umut vadeden adayları
klinikte geliştireceğiz.

Doğru olamayacak kadar güzel mi?

Öyle olmamalı.

The Antibiotics AI Project,
konsept araştırmamız üzerine kuruldu

ve Halocin adlı yeni tip geniş spektrumlu
antibiyotiğin keşfini mümkün kıldı.

Halocin'in neredeyse tüm antibiyotiğe
dirençli bakteriyel patojenlere karşı

antibakteriyel faaliyet tesiri var,

buna tedavi edilemeyen
panrezistan enfeksiyonlar dâhil.

Önemli olan,
mevcut antibiyotiklere kıyasla

bakterilerin Halocin'e karşı direnç
geliştirme sıklığı inanılmaz düşük oranda.

Laboratuvarda hem Halocin
hem de Cipro'ya karşı

bakterilerin direnç geliştirme
yeteneğini test ettik.

Cipro'da bir günün sonunda
direnç gözlemledik.

Halocin'de, bir günün sonunda
hiçbir direnç gözlemlemedik.

İşin harika kısmı, 30 gün sonra bile

Halocin'e karşı direnç gözlemlemedik.

Bu pilot projede E.coli'ye karşı
önce ortalama 2.500 bileşen test ettik.

Bu eğitim seti Cipro ve penisilin gibi
bilinen antibiyotiklerin yanı sıra,

antibiyotik olmayan
bir dizi ilacı da kapsıyordu.

Bu verileri kullanarak
modelin öğrenmesini istediğimiz

antibakteriyel aktiviteyle ilişkili
moleküler özelliklerdi.

Sonra bu modeli,
birkaç bin molekül barındıran

bir ilaç yeniden amaçlandırma
kütüphanesine uyguladık

ve modelden,
antibakteriyel özelliklere sahip

ama mevcut antibiyotiklere benzemeyen
molekülleri tanımlamasını istedik.

Çok ilginç, o kütüphanede yalnızca
bir molekül bu kriterlere uydu

ve o molekül de Halocin çıktı.

Halocin'in mevcut antibiyotiklere
benzemediği hesaba katılınca

antibiyotik uzmanı dahi olsa

bir insanın bu şekilde
Halocin'i tanımlaması imkânsız olurdu.

SARS-CoV-2'ye karşı bu teknolojiyle
neler yapabileceğimizi hayal edin.

Bununla da bitmiyor.

Ayrıca sentetik biyoloji
araçları kullanıyoruz,

DNA ve hücresel düzenekler
üzerinde deneme yaparak

COVID-19'u yenmek gibi
insani amaçlara hizmet ediyoruz,

şunu da ekleyeyim,
hızlı bir tanısal kontrol sağlayan

koruyucu bir maske de
geliştirmeye çalışıyoruz.

Nasıl mı?

Yakın zamanda, yaşayan bir hücreden
hücresel düzeneği çıkarıp

RNA sensörleriyle birlikte kağıt
üzerinde dondurup kurutarak

Ebola ve Zika için
düşük maliyetli tanı sağlayabildik.

Bu sensörler, kan veya salya içeren
hasta örnekleriyle

yeniden hidratlandığında aktive oluyorlar.

Görünen o ki bu teknoloji
kağıtla sınırlı değil

ve giysi dâhil başka
materyallere de uygulanabiliyor.

COVID-19 pandemisine gelince

virüsü tespit edecek
RNA sensörleri tasarlıyoruz,

bunları gerekli hücresel düzeneklerle
dondurup kurutuyoruz

ve bir yüz maskesi
kumaşına yerleştiriyoruz.

Buradaki nefes alıp verme
ve dolayısıyla su buharının oluşumu

testi aktive ediyor.

Böylece eğer bir hasta
SARS-CoV-2'yle enfekte olmuşsa

maske floresan bir sinyal verecek,

bu sinyal de ucuz, mobil bir cihazla
kolaylıkla tespit edilebilecek.

Bir iki saat içinde bir hastaya uzaktan
güvenle doğru şekilde teşhis konabilir.

Ayrıca sentetik biyolojiyi kullanarak
COVID-19 için aşı adayı tasarlıyoruz.

BCG aşısını başka bir amaca
uygun hâle getiriyoruz,

neredeyse bir yüzyıldır
tüberküloza karşı kullanılmıştı.

Bu, canlı ama zararı alınmış bir aşı

ve SARS-CoV-2 antijenleri göstermesi için
üzerinde mühendislik yapıyoruz,

bu da bağışıklık sistemi tarafından
koruyucu antikorları tetikleyecektir.

Önemli bir nokta şu ki
BCG büyük çapta ölçeklenebilir

ve bildirilen aşılar arasında
en iyi profillerden birine sahip.

Sentetik biyoloji
ve yapay zekâ araçlarıyla

bu yeni tip koronavirüse karşı
savaşı kazanabiliriz.

Bu çalışma hâlâ ilk aşamalarında
fakat vadettiği umut gerçek.

Bilim ve teknoloji; bu insan zekâsı
ve süper bakteri genleri savaşında

bize önemli bir avantaj sağlayabilir,

kazanabileceğimiz bir savaş.

Teşekkürler.