Het voorkomen van antibiotica-resistentie onder bacteriepopulaties is haast onmogelijk, maar initiatieven om nieuwe antibiotica of de juiste antibiotica in te zetten helpen wel de kans op resistente bacteriën te verlagen. Om de kans van slagen te vergroten grijpen verschillende onderzoekers naar artificiële intelligentie (AI). Amerikaanse onderzoekers kwamen met hun AI-methode tot 63 kanshebbers voor nieuwe antibiotica. En Rochelle Niemeijer van de start-up Nostics won de jaarlijkse Young Inventors Prize 2024 van het Europees Octrooi Bureau voor haar uitvinding van een draagbaar, op AI werkende testkit die snel de diagnose stelt en de juiste antibiotica aanwijst.
Steeds meer bacteriën zijn ongevoelig geworden voor veelgebruikte antibiotica, medicijnen die bacteriën doden of in hun groei remmen. Deze antibioticaresistentie is een gevaar voor mens en dier, en leidt jaarlijks wereldwijd tot 1,27 miljoen doden (volgens onderzoek in The Lancet, 2019) doordat er geen geschikt medicijn voorhanden is. Reden voor toenmalig minister Ark van Medische Zorg om in 2021 een aanpak tegen de antibioticaresistentie op te stellen. “Innovatie en onderzoek blijven belangrijk in het verminderen van het ontstaan van resistentie. Investeren in nieuwe antibiotica en alternatieve behandelstrategieën is noodzakelijk”, stelde Ark in de aanpak.
Enorme dataset analyseren met AI
Gelukkig werken onderzoekers stug door in het zoeken naar nieuwe antibiotica. Bijvoorbeeld de Amerikaanse onderzoekers van de Universiteit van Pennsylvania, die AI als hulpmiddel inzetten om op zoek te gaan naar kleine moleculen die ziekmakende microben kunnen doden of hun groei kunnen remmen, antimicrobiële peptiden genoemd. Zij zien AI als dé oplossing om nieuwe antibiotica te ontdekken. De onderzoekers analyseerden 87.920 genomen (DNA en RNA) van specifieke microben en 63.410 verzamelingen van microbiële genomen, ook wel ‘metagenomen’ genoemd, uit monsters afkomstig van verschillende omgevingen. Daar pasten ze machine learning op toe, een vorm van AI, waarbij de computer razendsnel enorm veel gegevens kan analyseren. Door de computer de juiste opdracht mee te geven, rolden er bijna 1 miljoen mogelijke, nieuwe antibiotica uit. “Wat voorheen jaren in beslag nam, kan nu binnen enkele uren worden volbracht met behulp van computers”, zegt onderzoeker Cesar de la Fuente-Nunez in het uitgebrachte persbericht. Bovendien waren deze peptiden in staat om zelfs de vorming van veelvoorkomende bacteriën in de darmen van de mens te remmen.
Sommige onderzoekers zien AI als dé oplossing tegen antibioticaresistentie.”
Peptiden als wapen
Veel bacteriën produceren kleine peptiden, ofwel eiwitten, waarmee ze continue andere bacteriën te lijf gaan door celmembranen te doorboren of celstructuren te vernietigen. Zelfs bacteriën van dezelfde soort vallen elkaar soms aan, om een bepaalde niche (leefomgeving) te bezetten. Als onderzoekers deze moleculen in handen weten te krijgen, kunnen we die gebruiken tegen bacterie-infecties. De onderzoekers van de Pennsylvania-studie hadden uiteindelijk, vanuit de eerste dataset van 1 miljoen, 100 van zulke peptiden gevonden in hun dataset. Ze testten deze peptiden vervolgens op hun antimicrobiële activiteit tegen bekende ziekmakende bacteriën als Escherichia coli, Klebsiella pneumoniae, Pseudomonas aeruginosa en Staphylococcus aureus. Bewust kozen de onderzoekers voor veelvoorkomende ziekmakers, waaronder ook enkele resistente bacteriestammen. “Bij de eerste test doodden 63 van de 100 kandidaten minstens één van de geteste bacteriën en soms zelfs meerdere,” vertelt mede-auteur Cesar de la Fuente-Nunez. “In sommige gevallen waren deze moleculen zelfs effectief tegen bacteriën bij een zeer lage doses.”
De microbiële genomen waren afkomstig van maar liefst 72 verschillende omgevingen, waarvan de meeste (36%) uit de bodem of van plantenmateriaal afkomstig waren, vanuit aquatische milieus (25%), of de menselijke darmen (13%). De meeste ontdekte peptiden zijn best zeldzaam in deze milieus, de menselijke darmen uitgezonderd.
