AI en microben: een ongewoon bondgenootschap tegen antibioticaresistentie

'Met wapens win je de strijd, met logistiek de oorlog' is een gezegde dat staat als een klok in menige militaire handboeken. Het mag dan wel op het letterlijke slagveld incontournable zijn, op andere slagvelden in onze maatschappij wordt het wel eens (te) gemakkelijk uit het oog verloren. Zulke andere slagvelden zijn bijvoorbeeld de oprukkende antibioticaresistentie, de strijd tegen kanker, en het indammen van plagen in de landbouw. Gelukkig hebben we sterke bondgenoten waar we nog wat van kunnen leren: veel bacteriën en schimmels produceren immers zelf natuurlijke moleculaire wapens om concurrenten de baas te zijn. Denk hierbij maar aan penicilline en andere antibiotica. Ook in artificiële intelligentie (AI) hebben we nu een sterke bondgenoot om ons te helpen bij het vinden van de spreekwoordelijke kortste logistieke ketens.

Natuurlijke hightech-assemblagelijnen

Jammer genoeg produceren micro-organismen vaak te weinig van deze waardevolle molecules. Dat is ergens te begrijpen, want het gaat hier om natuurlijke chemische hightech die veel middelen en energie vraagt om te produceren. Om dit efficiënt te organiseren, hebben  micro-organismen de genen die verantwoordelijk zijn voor antibioticaproductie gegroepeerd in zogenaamde ‘genclusters’. Zulke genclusters functioneren als strak georkestreerde assemblagelijnen waar alles op elkaar afgestemd is en onderdelen niet zomaar apart ingeschakeld kunnen worden. Maar hoe werken al deze genen samen? Welke sturen de productie aan, en welke remmen ze juist af? Om dit te ontrafelen analyseren wetenschappers het mRNA van micro-organismen. Het mRNA zijn tijdelijke kopieën van de DNA-sequentie van een gen, een bestelbon als het ware. Door te tellen hoeveel bestelbonnen er van elk gen aanwezig zijn, kunnen onderzoekers achterhalen waarin een micro-organisme zijn kostbare energie steekt.

Als wetenschappers orde proberen te scheppen in een grote hoeveelheid data, doen ze tegenwoordig vaak een beroep op AI. Zo ook bij het onderzoek naar antibioticaproductie in micro-organismen. AI blinkt uit in het vinden van patronen en verbanden. Zo kan het in dit onderzoek aanduiden welke genen actief zijn wanneer een antibioticum in grote hoeveelheden wordt geproduceerd en welke juist niet. Dit kan dan duiden op een gen dat de productie van dit antibioticum bevordert of juist afremt. Met behulp van de recentste genbewerkingstechnieken zoals CRISPR-Cas, kunnen we deze genen dan een extra duwtje in de rug geven of juist uitschakelen om zo de productiesnelheid van een antibioticum te boosten - een belangrijke stap voorwaarts voor onze logistiek in de strijd tegen antibioticaresistentie.

Een AI die staat op de schouders van reuzen

Maar een AI is zeker niet feilloos. De effectiviteit ervan hangt sterk af van de hoeveelheid en diversiteit aan informatie die de AI te verwerken kreeg tijdens zijn leerfase. Hoe meer en hoe diverser deze informatie was, hoe preciezer en genuanceerder de AI verbanden kan leggen. Jammer genoeg is het ondanks alle vooruitgang in de RNA-sequencingtechnologie nog altijd redelijk duur om voldoende data te genereren om betrouwbare resultaten te verkrijgen van een AI.

Betekent dit dat AI zonder veel data nutteloos is? Gelukkig niet. Wij mensen zijn nog altijd keien in het verwerken van verschillende soorten informatie tegelijkertijd, iets wat een AI (vooralsnog) niet kan. Bovendien doen we dit al eeuwen en zitten we op een schat aan wetenschappelijke kennis. Daarom wordt er steeds meer onderzoek gedaan naar hoe we de huidige wetenschappelijke inzichten kunnen voorkauwen voor een AI. Door zo te teren op wat we al weten, starten we niet van nul. Integendeel, we bouwen voort en kunnen zo met een beperkte hoeveelheid nieuwe data al nieuwe verbanden leggen.

Je merkt het wel: we staan er niet alleen voor in de strijd tegen antibioticaresistentie. Door micro-organismen en artificiële intelligentie als bondgenoten te beschouwen en ze slim met elkaar te laten samenwerken, kunnen ze van onschatbare waarde zijn om de chemische hightech van de natuur op een grotere schaal te benutten. Dit zal ons arsenaal aan antibiotica aansterken en nieuwe aanvalswegen openen in de bestrijding van infectieziekten, kanker en landbouwplagen.