L'IA pour faire revivre les « antibiotiques néandertaliens »

La menace des bactéries résistantes aux antibiotiques

Selon l’OMS, alors que le monde est confronté chaque année à près de 5 millions de décès liés à des bactéries résistantes aux antibiotiques, il est extrêmement urgent de trouver des médicaments potentiels pour faire face à cette situation.

Aujourd'hui, une équipe dirigée par le pionnier de la biotechnologie César de la Fuente utilise des méthodes de calcul basées sur l'intelligence artificielle (IA) pour extraire des traits génétiques de parents humains éteints comme les Néandertaliens, afin de ramener leurs antibiotiques 40 000 ans en arrière.

D'où vient l'idée de la résistance aux antibiotiques et les Néandertaliens ont-ils disparu ? Photo 1 — Le modèle humain éteint de Néandertal. Photo : Getty

Grâce à des recherches, les scientifiques ont découvert un certain nombre de petites molécules protéiques ou peptidiques qui ont la capacité de combattre les bactéries, ce qui pourrait ouvrir la voie à de nouveaux médicaments pour lutter contre les infections chez l’homme.

Les antibiotiques (comme la pénicilline) sont ceux qui sont produits naturellement (par un autre micro-organisme antimicrobien), tandis que les antimicrobiens non antibiotiques (comme les sulfamides et les antiseptiques) sont ceux qui sont entièrement synthétiques.
Cependant, les deux types partagent le même objectif : tuer ou empêcher la croissance des micro-organismes et tous deux relèvent de la catégorie de la chimiothérapie antibactérienne. Les agents antibactériens comprennent les antiseptiques, les savons antibactériens et les détergents chimiques ; Les antibiotiques sont des antibactériens importants utilisés plus spécifiquement en médecine et parfois dans l’alimentation animale.
Les antibiotiques ne sont pas efficaces contre les virus qui causent des maladies telles que le rhume ou la grippe. Les médicaments qui inhibent les virus sont donc appelés antiviraux ou antirétroviraux, et non antibiotiques.

« Cela nous permet de découvrir de nouvelles séquences, de nouveaux types de molécules qui n'ont jamais été découverts dans les organismes vivants, nous ouvrant ainsi à une réflexion plus large sur la diversité moléculaire », a déclaré le Dr Cesar de la Fuente de l'Université de Pennsylvanie (États-Unis), qui a dirigé l'équipe de recherche. « Les bactéries d’aujourd’hui n’ont jamais été exposées à ces nouvelles molécules, ce qui pourrait être une bonne occasion de lutter contre des agents pathogènes actuellement difficiles à traiter. »

Les experts estiment que de nouvelles découvertes sur le problème des bactéries résistantes aux antibiotiques sont nécessaires de toute urgence. « Le monde est confronté à une crise de résistance aux antibiotiques… Si nous devons revenir au passé pour trouver des solutions potentielles pour l’avenir, je suis tout à fait pour », a déclaré Michael Mahan, professeur de biologie moléculaire, cellulaire et du développement à l’Université de Californie à Berkeley.

Suggestions de « Jurassic Park »

La plupart des antibiotiques sont d’origine microbienne et fongique, découverts en examinant les micro-organismes vivant dans le sol. Mais au cours des dernières décennies, la surutilisation des antibiotiques a conduit les agents pathogènes à développer une résistance à ces antibiotiques.

Au cours de la dernière décennie, De la Fuente a utilisé des méthodes informatiques pour évaluer le potentiel de divers peptides comme alternatives aux antibiotiques. Un jour, au laboratoire, le film à succès « Jurassic Park » a soudainement été mentionné, donnant à l’équipe de scientifiques l’idée d’étudier des molécules éteintes. « Pourquoi ne pas ramener des molécules du passé ? » il a dit.

Pour trouver des peptides jusqu’alors inconnus, l’équipe a formé un algorithme d’IA pour reconnaître les sites fragmentés dans les protéines humaines qui pourraient avoir une activité antibactérienne. Les scientifiques l’ont ensuite appliqué aux séquences protéiques accessibles au public des humains modernes (Homo sapiens), des Néandertaliens (Homo neanderthalensis) et des Dénisoviens, une autre espèce humaine archaïque étroitement liée aux Néandertaliens.

L’équipe a ensuite utilisé les propriétés des peptides antibactériens précédents pour prédire quels peptides anciens étaient les plus susceptibles de tuer les bactéries.

Ensuite, l’équipe a synthétisé et testé les 69 peptides les plus prometteurs pour voir s’ils pouvaient tuer les bactéries. L'équipe a sélectionné les six plus forts, dont quatre parmi les humains modernes, un parmi les Néandertaliens et un parmi les Dénisoviens.

L’équipe les a exposés à des souris infectées par la bactérie Acinetobacter baumannii, une cause fréquente d’infections nosocomiales chez l’homme. (Une infection contractée à l’hôpital est une infection qu’un patient contracte pendant qu’il est traité dans un hôpital et qui n’était pas présente lors de son admission.)

D'où vient l'idée de la résistance aux antibiotiques et les Néandertaliens ont-ils disparu ? Photo 2 — Parmi les six peptides sélectionnés par l'algorithme, celui provenant d'un Néandertalien s'est avéré le plus efficace pour combattre les agents pathogènes chez les souris infectées par des bactéries, explique César de la Fuente, pionnier de la biotechnologie à l'Université de Pennsylvanie. (Photo : Université de Pennsylvanie)

« Je pense que l'un des moments les plus passionnants a été celui où nous avons reconstitué chimiquement des molécules en laboratoire, puis les avons ramenées à la vie pour la première fois. C'était extraordinaire d'un point de vue scientifique », a déclaré De la Fuente.

Dans les résultats expérimentaux, chez les souris infectées qui ont développé des abcès cutanés, les peptides ont activement tué les bactéries ; Chez les souris atteintes d’infections de la cuisse, les peptides étaient moins efficaces mais empêchaient toujours la croissance bactérienne.

« Le meilleur peptide était ce que nous appelons Neanderthal 1, issu des Néandertaliens, et c’est celui qui fonctionnait le mieux chez la souris », a déclaré De la Fuente.

Des recherches supplémentaires sont nécessaires

Cependant, M. De la Fuente a souligné qu’aucun des peptides n’est « prêt à être utilisé comme antibiotique » et nécessiterait plutôt de nombreux ajustements. Dans le cadre d’une recherche dont la publication est prévue l’année prochaine, lui et ses collègues ont développé un nouveau modèle d’apprentissage profond pour explorer les séquences protéiques de 208 organismes éteints avec des informations génétiques détaillées.

L'équipe a découvert plus de 11 000 peptides antimicrobiens potentiels jusqu'alors inconnus, présents uniquement chez des créatures éteintes, et a synthétisé les peptides les plus prometteurs provenant du mammouth laineux de Sibérie, de la vache marine de Steller (un mammifère marin qui a disparu au 18e siècle en raison de la chasse dans l'Arctique), du paresseux géant et de l'élan géant d'Irlande (Megaloceros giganteus). Les peptides nouvellement découverts ont « une excellente activité anti-infectieuse » chez la souris, a-t-il déclaré.

Le Dr Dmitry Ghilarov, chef d'équipe au Centre John Innes au Royaume-Uni, a déclaré que le obstacle à la recherche de nouveaux antibiotiques est qu'ils peuvent être instables et difficiles à synthétiser. « Il existe de nombreux antibiotiques peptidiques qui ne sont pas développés ni exploités par l’industrie en raison de difficultés telles que la toxicité », a déclaré Ghilarov.

Sur les 10 000 composés prometteurs identifiés par les chercheurs, seuls un ou deux antibiotiques ont reçu l'approbation de la Food and Drug Administration américaine, selon un article publié en mai 2021.

Le Dr Monique van Hoek, professeur et directrice associée de recherche à l'École de biologie des systèmes de l'Université George Mason (États-Unis), a déclaré qu'il est très rare qu'un peptide présent dans la nature crée directement un nouveau médicament ou un autre type d'antibiotique.

La découverte d'un nouveau peptide ouvrira la voie aux chercheurs pour utiliser des techniques informatiques afin d'explorer et d'optimiser le potentiel du peptide en tant que nouvel antibiotique, selon Van Hoek.

Van Hoek concentre actuellement ses recherches sur un peptide synthétique dérivé d’un peptide naturel présent chez les alligators américains. Le peptide est actuellement en cours de tests précliniques.

Bien qu'il puisse paraître étrange de se procurer de nouveaux antibiotiques à partir de crocodiles ou d'humains disparus, la gravité des bactéries résistantes aux antibiotiques rend une telle recherche utile, explique Van Hoek.

Hoai Phuong (selon CNN)

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