Năm 1928, Alexander Fleming lần đầu tiên phát hiện ra Penicillin. Mặc dù công trình của ông dựa trên nỗ lực của một số nhà nghiên cứu đi trước, cuối cùng, ông đã được trao giải thưởng Nobel về y học. Trong bài phát biểu, ông đã cảnh báo rằng, một ngày nào đó vi khuẩn có thể thích nghi với Penicillin, khiến thuốc kháng sinh trở nên có tác dụng hơn và đó chính xác là những gì đang xảy ra.
Ngày nay, có nhiều vi khuẩn kháng thuốc, làm mất tác dụng hoặc giảm nhẹ tác dụng của Penicillin và nhiều loại kháng sinh khác được các bác sĩ kê đơn. Trong khi đó, việc tạo ra các loại thuốc mới là một quá trình khó khăn và đòi hỏi nhiều thời gian. Có thể mất nhiều năm hoặc đôi khi là nhiều thập kỷ để phát triển các loại thuốc mới. Đó là một trong những lý do khiến giá thuốc thường không hề rẻ bởi cần có chi phí để trả cho tất cả các phòng thí nghiệm và kỹ thuật viên thực hiện nghiên cứu về các loại thuốc mới trong năm này qua năm khác. Có những lúc, các bác sĩ lâm sàng thậm chí còn không biết liệu các loại thuốc họ đang sử dụng có hiệu quả hay không cho đến khi chúng được thử nghiệm trong nghiên cứu xa hơn.
Phương pháp nghiên cứu kháng sinh truyền thống gặp nhiều khó khăn
Cách phát hiện kháng sinh truyền thống được sử dụng thường là chiết xuất từ đất hoặc thực vật. Tuy nhiên, những phương pháp này hiện đã không cho ra kết quả thuốc kháng sinh mới và cũng có nhiều rào cản kinh tế - xã hội trong việc tiếp tục những phương pháp truyền thống.
Một số nhà khoa học gần đây đã cố gắng giải quyết bài toán tìm kháng sinh mới bằng cách tìm kiếm DNA của vi khuẩn để tìm các gen sản xuất kháng sinh mới. Trong khi đó, một số nhà nghiên cứu lại tìm kiếm kháng sinh ở những vị trí kỳ lạ như trong mũi của chúng ta.
Các loại thuốc được tìm thấy thông qua các phương pháp độc đáo như vậy phải đối mặt với nhiều khó khăn để tiếp cận thị trường. Các loại thuốc có hiệu quả trong quả trình thí nghiệm có thể không hoạt động tốt trong cơ thể. Chúng có thể không được hấp thụ tốt hoặc có thể gây ra tác dụng phụ. Sản xuất các loại thuốc này với số lượng lớn cũng là một thách thức đáng kể.
Trí tuệ nhân tạo giúp tạo ra kháng sinh mới
Với sự trợ giúp của trí tuệ nhân tạo (AI), các nhà khoa học đã có thể rút ngắn đáng kể thời gian nghiên cứu và tìm ra các loại thuốc mới. Mới đây, các nhà nghiên cứu của MIT đã sử dụng thuật toán học máy (Machine learning) để xác định một loại thuốc gọi là Halicin có khả năng nhiều chủng vi khuẩn. Halicin có thể ngăn chặn sự phát triển của kháng kháng sinh ở E. coli trong khi Ciprofloxacin thì không. Loại kháng sinh mới cũng tỏ ra hiệu quả trong hai thử nghiệm liên quan đến chuột bị nhiễm bệnh.
So sánh khả năng tiêu diệt vi khuẩn của Halicin (hàng trên) và Ciprofloxacin (hàng dưới)
Đối với những người chưa biết, những thuật toán học máy và sâu hơn nữa là học sâu (Deep learning) đang được ứng dụng cho nhiều hệ thống nhận dạng khuôn mặt và xe tự lái ngày nay. Chúng bắt chước cách các nơ-ron trong não của con người vận hành bằng cách học theo các mẫu trong dữ liệu. Một tế bào thần kinh nhân tạo riêng lẻ đóng vai trò như một cảm biến mini có thể phát hiện các mẫu đơn giản như đường thẳng hay vòng tròn. Bằng cách sử dụng hàng nghìn tế bào thần kinh nhân tạo này, AI có thể thực hiện các nhiệm vụ cực kỳ phức tạp như nhận ra mèo trong video hoặc phát hiện khối u trong hình ảnh sinh thiết.
Nhóm nghiên cứu của MIT đã sử dụng một loại AI học sâu mới gọi là mạng lưới thần kinh đồ thị để tìm ra kháng sinh mới. Quay trở lại thời kỳ "đồ đá" của AI năm 2010, các mô hình AI để phát hiện các loại thuốc mới đã được xây dựng bằng cách sử dụng các mô tả văn bản về các chất hóa học. Điều này giống như mô tả khuôn mặt một người qua những từ ngữ như người đó có "đôi mắt đen" hay "chiếc mũi dài". Những mô tả văn bản này rất hữu ích nhưng rõ ràng không thể vẽ nên toàn bộ bức tranh. Phương pháp AI được sử dụng bởi nhóm nghiên cứu tại MIT mô tả các chất hóa học là một mạng lưới các nguyên tử, giúp thuật toán có một bức tranh đầy đủ hơn về các chất so với mô tả văn bản có thể cung cấp.
Tuy nhiên, chỉ một mình nền tảng học sâu là không đủ để khám phá ra kháng sinh mới. Nó cần phải được kết hợp với kiến thức sinh học sâu sắc về nhiễm trùng. Hệ thống đã sàng lọc hơn 107 triệu cấu trúc hóa học và tìm thấy 9 loại kháng sinh tiềm năng, trong đó có một loại đặc biệt cho thấy khả năng chống lại 97% vi khuẩn kháng thuốc đã được thử nghiệm.
Halicin có thể xóa tất cả các rào cản để tiếp cận thị trường. Tuy nhiên, loại kháng sinh này vẫn cần phải vượt qua một "kẻ thù" và cũng là nguyên nhân chính của cuộc khủng hoảng kháng kháng sinh, đó là sự tiến hóa.
Con người đã sử dụng vô số các loại thuốc đối với các mầm bệnh trong thế kỷ qua. Tuy nhiên, mầm bệnh luôn luôn tiến hóa kháng thuốc. Vì vậy, không bao lâu nữa, chúng ta sẽ gặp phải những vi khuẩn kháng Halicin. Tuy nhiên, với sức mạnh của AI, giờ đây, chúng ta có thể nhanh chóng tìm ra loại kháng sinh mới.
* Mời quý độc giả theo dõi các chương trình đã phát sóng của Đài Truyền hình Việt Nam trên TV Online!