L'idée de réintroduire des organismes disparus dans des environnements existants a captivé l'imagination du public et des scientifiques, soulevant de profondes questions éthiques et écologiques. Maintenant, de nouvelles recherches présentent la suppression de l'extinction moléculaire comme cadre pour la découverte d'antibiotiques . La désextinction moléculaire est la résurrection de molécules de vie éteintes : acides nucléiques, protéines et autres composés qui ne sont plus codés par les organismes vivants.
Alors que le bénéfice sociétal de l'extinction des organismes est encore inconnu et controversé, les défis techniques, tels qu'une couverture génomique incomplète, restent importants. Une équipe de bioingénieurs de l' Université de Pennsylvanie a utilisé l'intelligence artificielle (IA) pour redonner vie à des molécules .
Pour mener à bien cette désextinction, ils ont appliqué des méthodes de calcul sur les protéines des humains modernes (Homo sapiens) et des Néandertaliens (Homo neanderthalensis) et des Dénisoviens (une population d'humains primitifs qui vivaient en Asie et étaient éloignés des Néandertaliens).
Cela a permis aux auteurs d'identifier des molécules capables de tuer les bactéries pathogènes, une découverte qui pourrait inspirer de nouveaux médicaments pour traiter les infections humaines. "Nous sommes motivés par l'idée de récupérer des molécules du passé pour résoudre les problèmes que nous avons aujourd'hui", a expliqué César de la Fuente, co-auteur de l'étude et bio-ingénieur à l'Université de Pennsylvanie à Philadelphie. Les travaux ont été publiés dans Cell Host & Microbe.
Le développement des antibiotiques a ralenti au cours des dernières décennies et la plupart de ceux actuellement prescrits sont sur le marché depuis plus de 30 ans. Pendant ce temps, les bactéries résistantes aux antibiotiques sont en augmentation, une nouvelle vague de traitements sera donc bientôt nécessaire. De nombreux organismes produisent de courtes sous-unités protéiques appelées peptides qui ont des propriétés antimicrobiennes. Une poignée de peptides antimicrobiens, dont la plupart ont été isolés à partir de bactéries, sont déjà utilisés en clinique.
Un nouveau chemin
Les protéines d'espèces disparues pourraient être une ressource inexploitée pour le développement d'antibiotiques, une réalisation à laquelle de la Fuente et ses collaborateurs sont parvenus grâce, en partie, au cinéma. "Nous avons commencé à vraiment penser à Jurassic Park", a-t-il raconté. Au lieu de ramener les dinosaures à la vie, comme les scientifiques l'ont fait dans le film, l'équipe a eu une idée plus réaliste : pourquoi ne pas ramener les molécules ? ».
Pour ce faire, les spécialistes ont formé un algorithme d'IA pour reconnaître les sites dans les protéines humaines où ils sont connus pour être clivés en peptides. Pour trouver de nouveaux peptides, l'équipe a appliqué son algorithme à des séquences de protéines accessibles au public (cartes des acides aminés dans une protéine) de H. sapiens, H. neanderthalensis et Denisovans.
Ils ont ensuite utilisé les propriétés des peptides antimicrobiens précédemment décrits pour prédire lequel des nouveaux tuerait les bactéries. "Trouver et tester des candidats-médicaments à l'aide de l'IA prend quelques semaines . Au contraire, il faut trois à six ans en utilisant des méthodes plus anciennes pour découvrir un seul nouvel antibiotique », explique De la Fuente.
Ils ont testé des dizaines de peptides pour voir s'ils pouvaient tuer les bactéries dans les plats de laboratoire. Ils ont ensuite sélectionné six puissants, quatre de H. sapiens, un de H. neanderthalensis et un de Denisovans, et les ont administrés à des souris infectées par la bactérie Acinetobacter baumannii, une cause fréquente d'infections hospitalières chez l'homme. Les six peptides ont arrêté la croissance dans le muscle de la cuisse, mais aucun n'a tué la bactérie. Cinq des molécules ont tué les bactéries qui se développaient dans les abcès cutanés, mais elles ont été durement touchées. Même ainsi, les doses utilisées étaient extrêmement élevées.
"Ajuster les molécules les plus performantes pourrait créer des versions plus efficaces", a déclaré De la Fuente. De plus, la modification de l'algorithme pourrait améliorer l'identification des peptides antimicrobiens, avec moins de faux positifs. Bien que l'algorithme que nous avons utilisé n'ait pas produit de molécules étonnantes, je pense que le concept et le cadre représentent une toute nouvelle façon de penser à la découverte de médicaments . L'équipe de recherche a été complétée par Jacqueline Maasch, Marcelo Torres et Marcelo Melo.
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