L’intelligence artificielle ressuscite des molécules gigantesques pour créer des antibiotiques | Science

Dans quelques années, mourir d’une pneumonie bactérienne fréquente ou d’une infection courante pourrait devenir courant. Parmi toutes les menaces auxquelles l’humanité est confrontée, l’une des dix principales est la résistance aux antibiotiques, selon le Organisation mondiale de la santé (OMS). Selon les données de votre groupe spécialisé (IACG), les maladies pharmacorésistantes pourraient causer plus de 10 millions de décès par an d’ici 2050, soit plus du double du nombre actuel. Le biotechnologue espagnol César de la Fuente, chercheur principal du laboratoire qui porte son nom, également connu sous le nom de groupe Biologie des machines de l’Université de Pennsylvanie, recherche depuis plus d’une décennie, avec l’aide de l’intelligence artificielle et de l’apprentissage profond (l’apprentissage en profondeur), de nouvelles molécules auxquelles les micro-organismes n’ont pas encore appris à survivre. Il les a trouvés et ressuscités chez nos ancêtres néandertaliens et dénisoviens. Maintenant, selon la publication Génie biomédical naturel, chez des animaux disparus, comme le mammouth. Une course contre la montre dans laquelle tout peut cacher une solution, des espèces disparues à la matière noire microbienne, en passant par les micro-organismes qui ont laissé du matériel génétique dans n’importe quel milieu, mais qui n’ont pas encore été cultivés en laboratoire.

Si le rythme de génération de résistances aux antibiotiques continue comme avant, la santé de l’humanité remontera d’un siècle, à l’époque d’avant la pénicilline. Empêcher ce gigantesque retour en arrière, telle est la mission de César de la Fuente et de son laboratoire.

La découverte de composés à potentiel antibiotique chez les Néandertaliens et les Dénisoviens leur a ouvert la porte pour franchir les frontières de l’existant et rechercher des espèces disparues. « Cela nous a incités à nous demander : pourquoi ne pas explorer tous les animaux, tous les organismes disparus dont dispose la science ? », explique De la Fuente, considéré comme l’un des dix meilleurs chercheurs au monde.

La clé a été la technologie, dont la fusion avec la biologie permet de révéler des mondes jusqu’ici cachés ou déjà disparus. « Pouvoir explorer des centaines de protéomes [conjunto completo de proteínas elaboradas por un organismo] En parallèle, nous avons dû développer un modèle d’intelligence artificielle plus puissant que celui utilisé auparavant. Nous créons un modèle de l’apprentissage en profondeur qui combine les dernières avancées en matière d’intelligence artificielle et apprentissage automatique [aprendizaje automático] basé sur des réseaux de neurones », détaille le chercheur qui a baptisé le système APEX (Désextinction des peptides antibiotiques ou Désextinction des Peptides Antibiotiques).

« Cela nous a permis d’explorer les organismes tout au long de l’histoire de l’évolution, y compris les périodes du Pléistocène et de l’Holocène. Nous étudions de nombreuses espèces, depuis les manchots disparus jusqu’au mammouth ou au paresseux géant que Charles Darwin a découvert lors d’une de ses expéditions en Patagonie », dit-il.

De cet énorme travail, un total de 10 311 899 peptides (chaînes courtes d’acides aminés liées par des liaisons chimiques) ont été extraits et 37 176 séquences ayant une activité antimicrobienne à large spectre ont été identifiées. Près d’un tiers d’entre eux (11 035) ne se trouvent pas dans les organisations existantes. « Parce que nous redonnons vie à des molécules qui existaient il y a des milliers d’années, les bactéries pathogènes contemporaines n’ont jamais voir et très probablement, ils n’ont pas de mécanismes de résistance », explique-t-il.

De nombreuses séquences ont démontré une efficacité antimicrobienne in vitro (boîtes de culture ou boîtes de Pétri) et certains ont été capables de tuer des bactéries pathogènes contemporaines dans des modèles murins d’importance préclinique avec une efficacité comparable à celle des antibiotiques disponibles aujourd’hui et à des doses plus faibles. Ils ont été testés avec des accès cutanés et des infections profondes de la cuisse.

Son origine, jusqu’à présent inconnue, a même obligé l’équipe à développer une nouvelle terminologie. Dans le cas de l’ancêtre disparu de l’éléphant, la petite protéine découverte est appelée les testicules; celui qui vient de Mylodon darwinien (l’ancêtre du paresseux découvert par Darwin), mylodon; oui et les chevaux C’est celui que l’on retrouve chez le zèbre actuel et chez ses ancêtres.

L’équipe a également expérimenté la combinaison de plusieurs molécules de la même espèce ou de deux molécules similaires (mammouth et éléphant ancien) au cas où elles renforceraient leur activité antimicrobienne contre la protéine singulière. Reste également à savoir si les micro-organismes développent une résistance à ces nouveaux composés et dans combien de temps. «C’est sur la liste», déclare De la Fuente.

« Ce travail nous permet de remonter le temps et de trouver différentes séquences, une diversité de molécules qui peuvent nous aider à faire face à la résistance aux antibiotiques et, peut-être, à d’autres problèmes. Nous pensons toujours à l’ADN pour explorer la vie, mais ces travaux proposent de commencer à utiliser les molécules comme sources d’informations évolutives, de voir comment elles ont progressé ou quel type de mutations se sont produites au fil du temps, d’en apprendre davantage sur notre propre système immunitaire et, peut-être, de prédire comment cela va évoluer », conclut-il.

La prochaine étape consiste à formaliser des accords avec des sociétés pharmaceutiques et à dépasser le niveau préclinique dans les modèles murins pour passer aux essais sur l’homme ou encore créer une entreprise issue du laboratoire de César de la Fuente pour compléter ce qui a été réalisé au niveau académique.

Luis Ostroskychef du service des maladies infectieuses et de l’épidémiologie à UTHealth Houston (Centre des sciences de la santé de l’Université du Texas) et ignorant les investigations de De la Fuente, il vante la ligne adoptée face à une urgence qu’il considère réelle. « Nous traversons une période très dangereuse de l’histoire de la médecine, car la résistance aux antimicrobiens augmente. Dans la pratique médicale quotidienne, nous trouvons des infections qui ne peuvent pas être traitées avec les antibiotiques actuels, ce qui est très grave car la médecine dépend de l’utilisation d’antibiotiques pour des choses aussi courantes que des interventions chirurgicales, des thérapies ou des greffes. « Nous arrivons à l’ère post-antibiotiques, où nous n’aurons plus de ressources qui fonctionnent et où nous en cherchons constamment de nouvelles. »

Nous arrivons à l’ère post-antibiotique, où nous n’aurons plus de ressources qui fonctionnent et où nous en cherchons constamment de nouvelles.

Luis Ostrosky, chef des maladies infectieuses et de l’épidémiologie à UTHealth Houston

En ce sens, le chercheur, formé à l’Université Nationale Autonome du Mexique, défend toutes les lignes de recherche. “Les meilleurs antibiotiques que nous ayons eu dans l’histoire de la médecine proviennent de la nature”, souligne-t-il en évoquant les découvertes sur les plantes, les insectes et d’autres animaux, comme les requins. « Ce type de recherche [la del César de la Fuente Lab] J’ai toujours trouvé cela très intéressant. “Nous voyons des antibiotiques chez des espèces disparues qui n’étaient plus présentes dans la nature depuis des milliers ou des millions d’années et qui n’ont donc pas subi de pression évolutive”, souligne-t-il.

Ostrosky souligne qu’il s’agit d’une carrière permanente qui présente une difficulté supplémentaire : « Les antibiotiques ne sont pas une bonne affaire pour l’industrie pharmaceutique car généralement leurs cours sont très courts : les patients guérissent rapidement et dans l’industrie pharmaceutique l’argent est dans les maladies. Nous les voyons constamment quitter le marché après 10 ans et y revenir et en sortir. « Nous avons besoin d’autres types d’incitations qui nous donnent la sécurité de disposer des antibiotiques dont nous aurons besoin à l’avenir. »

Le spécialiste souligne un soutien gouvernemental, déjà mis en place en Europe et aux États-Unis, ou un « modèle d’abonnement » pour que les entreprises ne dépendent pas autant des ventes et qu’il représente une incitation fixe. « Il existe de nombreux modèles économiques, mais à l’heure actuelle, nous avons absolument besoin d’un changement de mentalité dans l’industrie pharmaceutique. » En ce sens, il préconise que Organisation mondiale de la SANTE jouer un rôle plus actif et dans la collaboration des agences nord-américaines et européennes.

Il défend cette nécessité parce qu’il considère l’avertissement de l’OMS comme « correct » et « réaliste ». « Si aucune mesure n’est prise, nous pourrions voir un monde dans lequel il serait dangereux de subir une intervention chirurgicale ou d’administrer une chimiothérapie, ce qui réduit les défenses des patients. Malheureusement, il n’est pas rare d’avoir des conversations sur la fin de vie avec certains patients souffrant d’infections incurables.

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