Kif riċerkatur juża Codex u ChatGPT biex ifittex molekuli antimikrobiċi ġodda

Il-mikrobi reżistenti għall-mediċini, fosthom batterji, fungi, parassiti u viruses, huma theddida globali li qed tikber. Madwar ħames miljun mewta fl-2021 kienu assoċjati⁠(jinfetaħ f’tieqa ġdida) mar-reżistenza batterika għall-antimikrobiċi—għadd annwali li huwa mbassar li kważi jirdoppja sal-2050. Jistgħu jgħaddu snin biex jinstabu molekuli bil-potenzjal li jsiru antimikrobiċi. Ir-riċerkaturi qed jużaw l-IA biex iħaffu dan l-istadju bikri tal-iskoperta.

“Fil-fehma tiegħi, ir-reżistenza għall-antimikrobiċi hija waħda mill-akbar theddidiet eżistenzjali għall-umanità,” qal César de la Fuente⁠(jinfetaħ f’tieqa ġdida), bijoinġinier li l-laboratorju interdixxiplinari tiegħu jfittex kandidati antimikrobiċi. “U madankollu, ilna 50 sena ma jkollna klassi ġdida ta’ antibijotiċi.”

Ħafna mill-iżvilupp modern tal-antimikrobiċi jiffoka fuq il-modifika ta’ mediċini eżistenti jew it-tiftix fi klassijiet familjari ta’ sustanzi kimiċi. Iżda dak l-approċċ qed jagħti dejjem inqas riżultati.

Il-laboratorju ta’ de la Fuente jibda minn post ferm inqas esplorat: il-kodiċi tal-ħajja. L-idea ewlenija wara x-xogħol hija li l-bijoloġija hija sistema tal-informazzjoni. “In-nukleotidi li jiffurmaw id-DNA, u l-aċidi amminiċi li jiffurmaw il-proteini u l-peptidi, huma qishom alfabett,” qal de la Fuente. “Meta ħsibna fil-bijoloġija bħala informazzjoni, stajna niżviluppaw metodi li jibdew jiddeċifraw il-prinċipji organizzattivi tal-ħajja li wasslu għall-ħolqien ta’ molekula funzjonali.”

Il-mudelli tal-apprendiment profond tal-laboratorju jitħarrġu biex jagħrfu xejriet f’sekwenzi bijoloġiċi, u b’hekk ikunu jistgħu jfittxu kandidati antimikrobiċi f’settijiet enormi ta’ data dwar il-ġenomi u l-proteini. Dan l-approċċ jista’ jqassar it-tiftix inizjali għal molekuli kandidati minn snin għal sigħat.

Flimkien mal-mudelli tal-IA tiegħu stess, il-laboratorju juża ChatGPT u Codex biex jiġġenera ipoteżijiet, jikteb u jirfina l-kodiċi, jipproċessa settijiet ta’ data, janalizza r-riżultati u jgħaqqad ideat minn dixxiplini xjentifiċi differenti.

Il-funzjoni ta’ parti żgħira biss minn ġenoma hija mifhuma b’mod ċar, u saħansitra inqas partijiet jikkodifikaw molekuli li jistgħu jiġġieldu l-mikrobi infettivi. L-isfida hija li jiġu identifikati x-xejriet li jagħmlu molekula funzjonali, jew bijoloġikament attiva, u mbagħad jiġi ddeterminat liema minnhom għandhom il-potenzjal li jiġġieldu l-mikrobi infettivi.

Ix-xjenzati ilhom żmien twil ifittxu antimikrobiċi fil-pjanti, fl-annimali, fil-mikrobi, fl-insetti, fl-ilma u fil-ħamrija. Huma jiġbru kampjuni, jiżolaw jew ibassru molekuli kandidati, u jittestjawhom fi proċess iterattiv li jista’ jieħu s-snin.

Il-bażijiet tad-data diġitali tal-ġenomi u l-proteini issa jippermettu lix-xjenzati jfittxu komposti ġodda tul is-siġra tal-ħajja, u b’hekk iwessgħu bil-kbir il-firxa ta’ data disponibbli għall-esplorazzjoni. Iżda din l-abbundanza ta’ informazzjoni ġġib magħha l-isfidi tagħha: li jinstabu sinjali promettenti fost għadd enormi ta’ possibbiltajiet.

L-IA hija partikolarment adattata għal dan il-kompitu ta’ tfittix għal labra f’munzell tiben. Tista’ tiskennja settijiet enormi ta’ data, tidentifika xejriet li r-riċerkaturi jaf isibuha diffiċli biex jindunaw bihom, u tagħti prijorità lil grupp maniġġabbli ta’ kandidati għall-ittestjar sperimentali.

Iżda l-identifikazzjoni ta’ kandidat promettenti mhux bilfors tfisser li se jsir mediċina effettiva.

Ix-xjenzati l-ewwel iridu jikkonfermaw li molekula kandidata toqtol lill-mikrobu fil-mira, jiddeterminaw il-kwantità meħtieġa biex tkun effettiva, u jittestjaw kif taffettwa ċ-ċelloli tal-bniedem. Imbagħad, il-kimiċi jistgħu jottimizzawha biex itejbu l-effettività, is-sikurezza jew l-istabbiltà tagħha.

Testijiet oħra jevalwaw id-doża li fiha l-kandidat isir tossiku, kemm il-mikrobi jiżviluppaw reżistenza għall-molekula malajr, u kif il-kandidat jiċċaqlaq fil-ġisem. It-timijiet jiddeterminaw ukoll mod affidabbli kif jipproduċu l-molekula. Il-kandidati li jegħlbu dawn l-ostakli xorta jridu jgħaddu minn rieżami regolatorju u provi kliniċi qabel ma jkunu jistgħu jaslu għand il-pazjenti bħala mediċini antimikrobiċi approvati.

Għal de la Fuente, għalhekk l-IA u l-bijoloġija tal-laboratorju jridu javvanzaw flimkien. “L-esperimenti li jistabbilixxu r-realtà bażika huma essenzjali biex jivvalidaw it-tbassir tal-IA,” qal. “Dan se jkun kruċjali fix-xjenzi tal-ħajja fis-snin li ġejjin jekk irridu nkomplu nibdew nikxfu l-fehim tagħna tal-bijoloġija, li hija l-aktar ħaġa kumplessa li teżisti.”

Il-laboratorju tiegħu jesplora l-ġenomi ta’ organiżmi ħajjin u estinti biex isib molekuli kandidati. It-tiftix f’dawk il-ġenomi, il-fehim ta’ kif jiffurmaw u jiffunzjonaw il-proteini kkodifikati fihom, u d-determinazzjoni ta’ x’jagħmlu dawk il-molekuli jeħtieġu għarfien espert f’diversi oqsma.

“Aħna grupp ferm transdixxiplinari, għalhekk għandna nies mill-bijoloġija, mill-kimika, mix-xjenza tal-kompjuter u mill-inġinerija,” qal de la Fuente. Xi membri tal-laboratorju huma programmaturi b’saħħithom iżda jafu inqas dwar il-bijoloġija jew il-kimika, u viċi versa. Codex u ChatGPT jgħinu biex jimtlew dawn il-lakuni, billi jippermettu lill-bijologi jibnu programmi u lill-programmaturi jindirizzaw problemi bijoloġiċi. F’dan is-sens, l-IA tnaqqas l-ostakli bejn id-dixxiplini xjentifiċi.

Tgħin lill-membri tal-laboratorju jirrevedu suġġetti mhux familjari li jeħtieġu għax-xogħol interdixxiplinari tagħhom, jiċċaraw it-terminoloġija, iqabblu metodi minn oqsma differenti, u jorganizzaw ideat għall-iskoperta tal-mediċini. Oħrajn jużaw l-IA biex iniżżlu, jorganizzaw u jipproċessaw minn qabel settijiet kbar ta’ data ġenomika. ChatGPT jippermetti wkoll lill-membri tal-laboratorju jaħdmu bil-lingwi nattivi tagħhom, u b’hekk inaqqas l-ostakli u jħaffef il-flussi tax-xogħol tagħhom.

De la Fuente juża ChatGPT bħala sieħeb fil-ġenerazzjoni tal-ideat. Huwa jkompli jiżviluppa l-ideat mal-kollegi, iżda japprezza l-kapaċità tal-IA li tgħinu jsawwar ipoteżi. Jogħġbu wkoll il-fatt li jista’ jaċċessa l-informazzjoni tad-dinja kollha b’għafsa ta’ buttuna.

“Il-workspace tagħna ta’ ChatGPT qed jirċievi kontribut mingħand dawn in-nies differenti kollha, li jaħsbu b’modi differenti dwar il-problemi li qed nippruvaw insolvu,” qal de la Fuente. Il-membri tal-laboratorju jgħaddulu l-ideat tajbin u ħżiena tagħhom, u b’hekk jagħmluh strument kollaborattiv biex jittestjawhom.

Iżda jwissi biex ħadd ma jiddependi biss fuq l-IA. “Ovvjament, dejjem trid tivverifika darbtejn li kollox huwa preċiż,” qal de la Fuente.

Minkejja dan, huwa japprezza l-kapaċità tal-IA li tgħin lir-riċerkaturi jesploraw il-konfini bejn id-dixxiplini xjentifiċi. “Hemmhekk jinsabu l-iskoperti rivoluzzjonarji li għadhom qed jistennew li jinkixfu. Essenzjalment jinsabu fit-truf bejn l-oqsma, fejn ftit li xejn imorru nies.”

Huwa jqis dan ix-xogħol bħala parti minn tradizzjoni xjentifika ferm itwal. “Dejjem striħajna fuq għodod u magni biex nifhmu d-dinja ta’ madwarna,” qal de la Fuente. “It-teleskopju tefa’ dawl fuq il-kożmos, u l-mikroskopju kixef id-dinja ta’ dak li ma jidhirx.” Issa l-magni jgħinu lir-riċerkaturi jifhmu, ibassru u jfasslu l-bijoloġija. “Ix-xogħol tagħna huwa proprju dwar dan,” qal.