En AI-modell tränad på stora datamängder kan förutsäga när bakterier blir resistenta mot antibiotika. En studie vid Chalmers tekniska högskola visar också att resistens sprids lättare mellan genetiskt lika bakterier, särskilt om de finns i människor och reningsverk.
Enligt världshälsoorganisationen WHO är antibiotikaresistens ett av de största globala hoten mot hälsan. När bakterier blir resistenta försvinner antibiotikans effekt och infektioner blir svårare att behandla.
− Genom att förstå hur resistens hos bakterier uppstår kan vi bättre bekämpa dess spridning. Det är avgörande för att skydda både folkhälsan och sjukvårdens möjligheter att behandla infektioner, säger Erik Kristiansson, professor vid institutionen för matematiska vetenskaper på Chalmers och Göteborgs universitet, i ett pressmeddelande.
Bakterier delar gener
En anledning till att antibiotikaresistens sprids snabbt är att bakterier kan dela gener med varandra − även de gener som gör dem motståndskraftiga mot antibiotika.
− Bakterier som är skadliga för människor har idag samlat på sig ett stort antal resistensgener, vilket är slutsteget i en komplex evolutionär process. Många av dessa gener kommer ursprungligen från ofarliga bakterier som lever i vår kropp eller i miljön. Vår forskning granskar hur dessa gener överförs till sjukdomsalstrande bakterier, för att göra det möjligt att förutsäga hur framtidens bakterier utvecklar resistens, säger Erik Kristiansson.
Stor mängd analyserades
I en studie utvecklade forskarna en AI-modell för att analysera historiska genöverföringar mellan bakterier med hjälp av information om bakteriernas dna, uppbyggnad och livsmiljö. Modellen tränades på nästan en miljon bakteriers genuppsättningar.
− Det unika med vår studie är bland annat den mycket stora mängd data vi använt för att träna modellen, vilket visar att AI och maskininlärning är ett kraftfullt verktyg för att beskriva de komplexa biologiska processer som gör bakterieinfektioner svårbehandlade, säger David Lund som är doktorand vid Chalmers och Göteborgs universitet.
Så uppstår antibiotikaresistens
Studien visar i vilka miljöer resistenta gener överförs mellan olika bakterier, och varför vissa är mer benägna än andra att byta gener med varandra.
− Vi ser att bakterier som finns i människor och i vattenreningsverk har en högre sannolikhet att bli resistenta genom genöverföring. Det är helt enkelt miljöer där många bakterier som bär på resistensgener stöter på andra bakterier, och ofta i närvaro av antibiotika, säger David Lund.
Genetisk likhet underlättar
När en bakterie tar upp en ny gen måste den använda energi för att spara genen. Den måste också tillverka det protein som genen innehåller instruktioner för. Det kan innebära en belastning för bakterien. Men om det finns en genetisk likhet blir det lättare för resistensgener att flytta mellan bakterier.
− De flesta resistensgener delas mellan bakterier som har en arvsmassa med liknande struktur. Vi tror att kostnaden för att ta upp den nya genen då blir lägre. Vi fortsätter nu forskningen för att mer exakt förstå vilka mekanismer som styr denna process, säger Erik Kristiansson.
Modell kan ge bättre diagnostik
AI-modellen kunde i fyra fall av fem förutsäga om en överföring av resistensgener skulle ske. Enligt forskarna kan kommande modeller att bli ännu mer exakta.
Forskarna hoppas att AI-modellen ska kunna hjälpa till att snabbt upptäcka om en ny resistensgen kan spridas till bakterier som orsakar sjukdomar. De vill också omvandla kunskapen till praktiska lösningar.
− Det kan exempelvis handla om bättre molekylär diagnostik för att hitta multiresistenta bakterier eller övervakning av reningsverk och andra miljöer där antibiotika kan förekomma, säger Erik Kristiansson.
Vetenskaplig artikel:
Genetic compatibility and ecological connectivity drive the dissemination of antibiotic resistance genes, Nature Communications.
