В начале 2020 г. исследователи из Массачусетского технологического института (МТИ) объявили об открытии нового антибиотика, способного убивать штаммы бактерий, устойчивые ко всем известным антибиотикам. Обычно на разработку нового лекарства уходят годы дорогостоящих кропотливых усилий, поскольку исследователи начинают с тысяч возможных молекул, путем эмпирических оценок, проб и ошибок сводя выбор к небольшому количеству вариантов[3]. Исследователям приходится оценивать шансы для тысяч молекул или пытаться добиться успеха, внося изменения в молекулярные структуры существующих лекарств.
В МТИ поступили иначе: они использовали ИИ. Сначала исследователи разработали обучающий набор, в котором закодированы данные о 2 тыс. известных антибиотиков – от их молекулярных масс и типов межатомных связей до способности подавлять рост бактерий. Пользуясь этим обучающим набором, ИИ изучил атрибуты антибактериальных молекул. Любопытно, что он определил такие общие признаки молекул, которые не были специально закодированы, – включая те, которые вообще не поддаются человеческому пониманию или классификации.
По завершении обучения исследователи поручили ИИ изучить библиотеку из 61 тыс. молекул, включавшую также лекарства, одобренные Управлением США по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA), и натуральные продукты, на предмет отбора молекул, которые: 1) окажутся, по мнению ИИ, эффективными антибиотиками; 2) не будут похожи на существующие антибиотики; и 3) не будут токсичными. В массиве из 61 тыс. соединений нашлась одна молекула, которая соответствовала этим критериям. В честь компьютера HAL 9000 из фильма «2001 год: Космическая одиссея» ее назвали халицин[4].
Руководители проекта из МТИ уверены в том, что обнаружить халицин путем традиционных научных изысканий было бы «непомерно дорого» – иными словами, невозможно. Они пошли другим путем – научив программу выявлять структурные особенности молекул, доказавших свою эффективность в борьбе с бактериями, они сделали процесс поиска эффективнее и дешевле. Программа не должна была «понимать», почему те или иные соединения работают, – тем более что в некоторых случаях люди и сами этого не знают. Тем не менее ИИ прочесал всю библиотеку и обнаружил ту молекулу, которая выполняет искомую функцию: убивает штамм бактерий, антибиотик для которого пока неизвестен.
Открытие халицина стало триумфом. Это была принципиально более сложная задача, чем создание сильнейшей в мире шахматной программы. Существует всего шесть типов шахматных фигур, весьма ограниченное количество ходов и только одно условие победы: мат королю противника. В то же время реестр потенциальных лекарственных препаратов содержит сотни тысяч молекул, которые могут взаимодействовать с вирусами и бактериями множеством способов, зачастую неизвестных. Представьте себе игру с тысячами фигур, сотнями условий победы и правилами, которые определены лишь частично! Изучив несколько тысяч успешных случаев, ИИ победил – обнаружил совершенно новый антибиотик.
