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        該計算機(jī)程序可以找到新的化學(xué)組合來殺死致病酵母
        
			
        
				2019-02-11 09:49:03
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        明天的藥物可能是由計算機(jī)發(fā)現(xiàn)的。12月23日在Cell Systems上發(fā)表的一項概念驗證研究表明，通過正確輸入有關(guān)傳染性酵母的數(shù)據(jù)，機(jī)器算法可以學(xué)習(xí)識別可以作為抗真菌劑一起使用的現(xiàn)有和以前未知化合物的組合。雖然該方法需要完善，但它是一種對抗傳染病的新方法，有可能快速識別可能有助于克服耐藥性的藥物組合。
        

        該計算機(jī)程序可以找到新的化學(xué)組合來殺死致病酵母
        

        我們還不知道新發(fā)現(xiàn)的化學(xué)組合在治療動物或人類酵母感染方面的效果如何，但研究小組確實選擇了18種潛在的組合來治療實驗室培養(yǎng)皿中的人類致病酵母，它們的高成功率確認(rèn)了這些組合有可能開發(fā)藥物。值得注意的是，當(dāng)應(yīng)用于人細(xì)胞系時，發(fā)現(xiàn)一些化合物組合是無害的。
        

        “我們的研究表明使用相對簡單(但仍然極其復(fù)雜)的模型如酵母來更好地了解化學(xué)品和藥物如何與生物系統(tǒng)相互作用的能力，”蒙特利爾大學(xué)系統(tǒng)生物學(xué)教授，資深作者M(jìn)ike Tyers說。“這些概念肯定可以轉(zhuǎn)移到人類健康中更復(fù)雜的問題上。”
        

        教學(xué)機(jī)器
        

        現(xiàn)在，許多研究領(lǐng)域都使用機(jī)器學(xué)習(xí)來查找復(fù)雜數(shù)據(jù)集中的模式; 例如，在網(wǎng)絡(luò)上或機(jī)器人控制系統(tǒng)中的圖像的模式識別中。
        

        “這種趨勢最近在生物科學(xué)中爆發(fā)，越來越多的機(jī)器學(xué)習(xí)被用來幫助研究人員理解巨大的基因組規(guī)模數(shù)據(jù)集，”愛丁堡大學(xué)系統(tǒng)開發(fā)人員共同第一作者Jan Wildenhain說。“僅僅通過人類的直覺，生物數(shù)據(jù)的數(shù)量就變得過于龐大和復(fù)雜。”
        

        研究人員首次嘗試使用啤酒酵母(S. cerevisiae)進(jìn)行機(jī)器學(xué)習(xí)算法，因為它是唯一一種已將其遺傳網(wǎng)絡(luò)繪制出來的酵母。因此，盡管耐藥細(xì)菌是目前普遍存在的公共健康問題，但模型酵母系統(tǒng)為此類研究提供了更大且更具信息量的數(shù)據(jù)集。
        

        研究人員首先輸入源自幾十年酵母研究的遺傳信息(即一組選定的195種遺傳上不同的菌株)和這些菌株在化學(xué)篩選中的遺傳反應(yīng)(使用多種4,915種化合物)，以便計算機(jī)可以構(gòu)建化學(xué)基因相互作用的模型。然而，這不是足夠的信息，并且初始算法具有較弱的預(yù)測能力。
        

        “這是一個巨大的初步失望，讓我們回到了繪圖板，”共同第一作者M(jìn)ichaela Spitzer說，他現(xiàn)在是麥克馬斯特大學(xué)的博士后研究員。“我們知道化學(xué)結(jié)構(gòu)和細(xì)胞的遺傳網(wǎng)絡(luò)必須與我們在實驗中檢測到的化學(xué)協(xié)同作用有關(guān)，但是如何從數(shù)十萬個數(shù)據(jù)點中去除這些關(guān)系并不明顯。我們最終不得不多次修改我們的模型在培訓(xùn)數(shù)據(jù)集上，然后在模型從未遇到的不同化合物庫上測試模型。“
        

        ChemGRID資源
        

        算法在一組1,221種獨特化合物上進(jìn)行訓(xùn)練，這些化合物用于創(chuàng)建和實驗測試8,128種實際組合。所有研究數(shù)據(jù)均可在名為ChemGRID的數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行無限制下載和探索。
        

        “我們希望其他團(tuán)體能夠測試我們的模型，因為我們一定會繼續(xù)這樣做，也許有人會想出更好的模型，”斯皮策和威爾登海因說。“將我們的機(jī)器學(xué)習(xí)方法應(yīng)用于完全不同的數(shù)據(jù)集以進(jìn)行協(xié)同預(yù)測會很棒。”
        

        除了與其他實驗室合作外，該小組還計劃使用CRISPR / Cas9基因編輯技術(shù)，在人類細(xì)胞中實施類似的機(jī)器學(xué)習(xí)方法，用于化學(xué)基因相互作用。通過收集這些數(shù)據(jù)，他們可能會創(chuàng)建一種算法來預(yù)測區(qū)分健康細(xì)胞和不健康細(xì)胞(例如癌細(xì)胞)的化學(xué)組合。
        
			

			
          
        
			
        
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