Halicina (HAL): il potere del Machine Learning nella Farmaceutica

Il “Machine Learning” (ML) è un sottoinsieme dell’Intelligenza Artificiale.

Figura 1 – Halicina con Machine Learning [Fonte: https://www.nature.com/articles/d41586-020-00018-3]

Con “Intelligenza Artificiale” (AI) intendiamo la capacità dei sistemi informatici di apprendere, ragionare e operare come l’uomo per ottenere nuove soluzioni ai nostri problemi.

Cos’è l’Halicina?

È il primo antibiotico scoperto dall’AI all’inizio del decennio corrente e il cui nome è stato scelto in onore dell’elaboratore di “2001 Odissea nello Spazio” HAL 9000. Senza l’utilizzo di modelli umani infatti, gli studiosi hanno ricercato e identificato nuove molecole efficaci contro ceppi batterici che mostravano resistenza ai consueti antibiotici. Il motivo risiede nella loro particolare struttura chimica, assente nei precedenti farmaci.

Gli scienziati hanno isolato nove composti, ma procedendo lo studio è stato incentrato unicamente sull’Halicina, poiché l’unica in grado di inibire, oltre alla proliferazione di Escherichia Coli e Clostridioides difficile, anche Mycobacterium tubercolosis e Acinetobacter baumannii (specie batteriche che, secondo la World Health Organization, necessitano maggiormente di terapie efficaci).

L’Halicina presenta singolari gruppi funzionali per i quali la consideriamo un inibitore della chinasi c- Jun N-terminale “SU3327” (primo nome attribuito all’antibiotico in questione). Oltre ad aggredire gli agenti patogeni, impedisce loro i vari tentativi di polimorfismo quando questi, per difendersi, modificano le loro caratteristiche di membrana.

Com’è stata scoperta l’Halicina?

Il team di James Collins, docente di Ingegneria Medica al Massachusetts Institute of Technology (MIT), ha procurato all’algoritmo un dataset de novo di molecole attive contro Escherichia Coli con una libreria di 1760 strutture molecolari approvate dalla FDA (Food and Drugs Administration) e 800 prodotti isolati da piante, animali e risorse microbiologiche.

Dopo il confronto con le librerie molecolari e l’identificazione delle nuove strutture chimiche, il team ha svolto la validazione tramite test in vivo mediante degli esperimenti su modelli murini. Ha ottenuto, così, la scoperta della loro attività.

Infine, per i motivi che abbiamo elencato nel precedente paragrafo, la squadra ha focalizzato il suo studio sull’Halicina proseguendo con la tradizionale sperimentazione in vitro.

La buona riuscita dell’esperimento è da attribuire all’innovativo modo di lavorare del team. Gli scienziati hanno inserito le strutture chimiche nell’AI semplicemente come insieme di atomi uniti tra loro da una rete di legami chimici, così da facilitare al sistema la ricerca di analogie tra le sue molecole e quelle potenzialmente attive.

Figura 2 – Halicina con Machine Learning [Fonte: https://www.key4biz.it/]

Inoltre, questo nuovo metodo può essere riprodotto per altre ricerche e non richiede una grossa spesa economica.

Prima di questo momento, nel 2001, il fallimento del progetto era dovuto all’elaborazione delle molecole tramite descrizione di testo rendendo difficile il lavoro all’algoritmo.

L’importanza degli antibiotici

Gli antibiotici sono l’unica nostra arma per combattere i batteri. Tuttavia, se usati in maniera impropria (senza consultare il medico, abusandone, trattando condizioni di lieve entità o per infezioni di natura virale) i patogeni saranno indotti a sviluppare antibiotico-resistenza.

Secondo una previsione, non seguire queste linee guida sulla terapia antibiotica porterà nel 2050 al decesso di 10 milioni di persone.

Prospettive

L’Halicina ha aperto le porte ad una nuova classe di antibiotici innovativi, mentre la tecnica utilizzata per la sua ricerca potrebbe rivelarsi funzionante anche per molecole attive contro cancro e patologie neurodegenerative.

Conclusione

Dal momento che la molecola dell’Halicina era già stata discussa antecedentemente alla grande scoperta, sarebbe un errore attribuire il merito della stessa esclusivamente all’Intelligenza Artificiale. Bensì, invenzione dell’algoritmo e scoperta delle proprietà terapeutiche dell’Halicina sono strettamente collegate.