Genentech: ИИ-скрининг антибиотиков, 24% кандидатов подавили рост бактерий

Genentech и Roche более десяти лет разрабатывают новые классы антибиотиков против устойчивости к противомикробным препаратам. Особенно сложны грамотрицательные бактерии, защищённые двумя мембранами: по словам вице-президента Man-Wah Tan, успешного нового класса антибиотиков против них нет с середины 1960-х годов. Классический скрининг библиотек соединений обычно ограничен природными веществами и уже изученным химическим пространством. Команда поставила задачу с помощью ИИ многократно расширить круг потенциальных соединений и искать антибиотики с новыми механизмами действия в темпе, который соответствует остроте проблемы.

Команда под руководством Tommaso Biancalani, руководителя подразделения ИИ для биологических исследований BRAID, построила модель GNEprop. Она сочетает высокопроизводительный лабораторный скрининг молекул с виртуальным скринингом на основе глубокого обучения и ищет соединения, которые блокируют рост бактерий новыми способами. Модель обучается на результатах лабораторных экспериментов — какие признаки связаны и какие не связаны с антибактериальной активностью — и предсказывает, какие соединения могут работать как антибиотик. Работу вели исследователи BRAID, департамента инфекционных болезней и вычислительной химии Genentech в партнёрстве с NVIDIA и институтом Mila.

Сначала учёные Genentech провели традиционный скрининг библиотеки из более чем 2 млн соединений и на его результатах обучили GNEprop. Затем модель виртуально проверила миллиарды общедоступных соединений и отобрала более 44 тыс. новых молекул с прогнозируемой антибактериальной активностью. Из нескольких сотен кандидатов, проверенных в лаборатории, 24% остановили рост лабораторного штамма бактерий; часть из них химически сильно отличается от обучающей библиотеки. По данным публикации в Nature Biotechnology, GNEprop в 90 раз эффективнее традиционных подходов в поиске бактерицидных соединений. Модель дорабатывается по схеме «лаборатория в цикле», и компания применяет её для виртуального скрининга десятков миллиардов соединений.