Utiliser 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, la nécessité de trouver des médicaments potentiels pour faire face à cette situation est extrêmement urgente.

Aujourd'hui, une équipe dirigée par le pionnier des biotechnologies César de la Fuente utilise des méthodes informatiques 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.

Modèle de l'espèce éteinte de Néandertal. Photo : Getty

Grâce à la recherche, 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 antibactériens non antibiotiques (comme les sulfamides et les antiseptiques) sont ceux qui sont entièrement synthétiques.

Cependant, tous deux ont le même objectif : tuer ou empêcher la croissance des micro-organismes et relèvent de la chimiothérapie antimicrobienne. Les antibactériens comprennent les antiseptiques, les savons antibactériens et les détergents chimiques ; les antibiotiques, quant à eux, sont des antibactériens plus spécialisés, utilisés 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, et non antibiotiques.

« Cela nous permet de découvrir de nouvelles séquences, de nouveaux types de molécules jamais observés chez les organismes vivants, ce qui nous ouvre 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 actuelles n'ont jamais été exposées à ces nouvelles molécules ; cela pourrait donc être une excellente occasion de lutter contre les pathogènes difficiles à traiter d'aujourd'hui. »

Les experts affirment que de nouvelles découvertes sur les bactéries résistantes aux antibiotiques sont urgentes. « Le monde est confronté à une crise de résistance aux antibiotiques… S'il faut remonter le temps pour trouver des solutions 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 proviennent de bactéries et de champignons, découverts par l'analyse de microbes vivant dans le sol. Mais au cours des dernières décennies, la surconsommation d'antibiotiques a entraîné le développement de résistances chez les agents pathogènes.

Au cours des dix dernières années, 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 » est apparu, donnant à l'équipe l'idée d'étudier des molécules disparues. « Pourquoi ne pas ressusciter des molécules du passé ? » a-t-il demandé.

Pour trouver des peptides jusque-là inconnus, l'équipe a entraîné un algorithme d'IA à reconnaître des sites fragmentés dans des protéines humaines susceptibles d'avoir une activité antibactérienne. Les scientifiques ont ensuite appliqué cet algorithme à des séquences protéiques accessibles au public provenant d'Homo sapiens, de Néandertaliens et de Dénisoviens, une autre espèce humaine archaïque étroitement apparentée 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.

L'équipe a ensuite synthétisé et testé les 69 peptides les plus prometteurs pour déterminer leur capacité à tuer les bactéries. Elle a sélectionné les six plus puissants, dont quatre provenant de l'Homme moderne, un de Néandertal et un de 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 nosocomiale est une infection contractée par un patient à l'hôpital et qu'il n'avait pas à son admission.)

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 des biotechnologies à l'Université de Pennsylvanie. (Photo : Université de Pennsylvanie)

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

Chez les souris infectées par 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 de ces peptides n'était « prêt à être utilisé comme antibiotique » et nécessiterait de nombreux ajustements. Dans le cadre de recherches à paraître l'année prochaine, lui et ses collègues ont développé un nouveau modèle d'apprentissage profond pour explorer les séquences protéiques de 208 organismes disparus pour lesquels des informations génétiques détaillées étaient disponibles.

L'équipe a découvert plus de 11 000 peptides antimicrobiens potentiels, jusqu'alors inconnus, présents uniquement chez des créatures disparues. Elle a synthétisé les peptides les plus prometteurs provenant du mammouth laineux de Sibérie, de la rhytine de Steller (un mammifère marin disparu au XVIIIe siècle à cause de la chasse en Arctique), du paresseux géant et de l'élan géant d'Irlande (Megaloceros giganteus). Il a déclaré que les peptides nouvellement découverts présentaient une « excellente activité anti-infectieuse » chez la souris.

Le Dr Dmitry Ghilarov, chef de groupe au Centre John Innes au Royaume-Uni, a expliqué que le frein à la découverte de nouveaux antibiotiques réside dans leur instabilité et leur difficulté de synthèse. « Nombre de ces antibiotiques peptidiques ne sont ni développés ni exploités par l'industrie en raison de difficultés telles que leur toxicité », a-t-il ajouté.

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 nouvel antibiotique.

Selon Van Hoek, 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.

Van Hoek concentre actuellement ses recherches sur un peptide synthétique dérivé d'un peptide naturel présent chez les alligators américains. Ce peptide est actuellement en phase 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 ces recherches utiles, explique Mme Van Hoek.

Hoai Phuong (selon CNN)

Source: https://www.congluan.vn/chong-khang-khang-sinh-y-tuong-tu-ai-va-nguoi-neanderthal-da-tuyet-chung-post276832.html