Les chercheurs se tournent vers l'IA pour lutter contre les superbactéries
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Les patients vulnérables atteints de superbactéries ont besoin d'antibiotiques pour mieux travailler, affirment des médecins et des scientifiques encouragés par un outil d'IA qui a inventé de nouveaux produits chimiques pour traiter la gonorrhée résistante aux médicaments et le SARM.
Dans la course aux armements contre les superbactéries résistantes aux antibiotiques, l'homme est à la traîne. Les infections causées par des souches résistantes aux antibiotiques tuent plus de 1,2 million de personnes par an dans le monde, ce qui constitue une « menace sanitaire mondiale urgente », selon l'Organisation mondiale de la Santé.
Cela signifie que les médecins ont besoin de nouvelles méthodes pour maîtriser les infections impossibles et difficiles à traiter. Des améliorations ont été apportées aux classes d'antibiotiques existantes, mais aucun nouvel antibiotique majeur n'a été découvert depuis près de 40 ans.
Aujourd’hui, des experts médicaux affirment qu’un outil d’IA a conçu de manière créative de nouveaux produits chimiques qui pourraient être capables de traiter les principales superbactéries.
Le mois dernier, des ingénieurs médicaux du Massachusetts Institute of Technology (MIT) ont rapporté dans la revue Cell qu'ils avaient utilisé un modèle d'IA générative pour suggérer des composés uniques ayant un potentiel antibactérien contre deux fléaux : la gonorrhée, une infection sexuellement transmissible résistante aux médicaments, et le SARM, qui signifie Staphylococcus aureus résistant à la méthicilline, une cause fréquente d'infections nosocomiales dans les hôpitaux canadiens .
Bien que les nouveaux composés doivent encore faire l’objet d’essais cliniques pour vérifier leur sécurité et leur efficacité et être approuvés par les organismes de réglementation comme Santé Canada pour être utilisés par les patients, ils ont montré un potentiel contre les souches résistantes aux médicaments lors de tests en laboratoire sur des souris.
« Ces modèles informatiques permettent de concevoir de toutes pièces des composés aux propriétés antibiotiques avec élégance et précision », a déclaré Akhila Kosaraju, PDG de Phare Bio, une société de biotechnologie à but non lucratif partenaire de l'équipe du MIT. « C'est une véritable avancée majeure. »
Traiter rapidement les infections est crucial pour de nombreuses pathologies, des grossesses compliquées et des transplantations d'organes aux cas de cancer avancés, a déclaré Romney Humphries, professeur et directeur de division de médecine de laboratoire au Vanderbilt University Medical Centre à Nashville, Tennessee.
« Nous avons des patients qui souffrent d'infections sans antibiotique disponible », a déclaré Humphries. « C'est vraiment inquiétant. »
Kosaraju a déclaré que l'ampleur de la résistance aux antibiotiques est considérable et nécessite de nouvelles approches qu'un clinicien seul ne peut résoudre. Phare Bio, l'association de biotechnologie à but non lucratif qu'elle dirige, est financée par des philanthropes et a pour objectif d'introduire 15 nouveaux candidats antibiotiques dans le pipeline de recherche préliminaire en cinq ans.
« En tant que médecin de formation, je sais qu'il suffit de passer quelques jours dans un hôpital, que ce soit aux États-Unis, au Canada ou ailleurs, pour constater les conséquences catastrophiques de la résistance aux antibiotiques », a-t-elle déclaré.
Auparavant, les scientifiques sélectionnaient un millier de composés dans une base de données, puis testaient en laboratoire s'ils tuaient des bactéries comme E. coli, avec des réponses par oui ou par non, a déclaré Kosaraju.
L'IA générative est un type d'intelligence artificielle qui utilise des technologies de recherche de modèles pour apprendre à partir de grands ensembles de données et créer du contenu en réponse à des invites.
Dans l'étude du MIT, le modèle d'IA générative a identifié les structures chimiques capables de tuer les bactéries et a identifié de nouvelles possibilités. Les candidats les plus prometteurs contre la gonorrhée et le SARM ont été synthétisés et testés avec succès en laboratoire et dans des modèles murins d'infection.
« Notre thèse est qu'avec l'IA et désormais l'IA générative, nous tirerons moins souvent au but, mais de meilleure qualité », a déclaré Kosaraju.
Les résultats de l'étude sont importants car l'approche actuelle qui consiste à tout tester sur les bactéries pour voir ce qui pourrait fonctionner n'est pas toujours couronnée de succès, a déclaré Humphries, qui n'a pas participé à l'étude.
Il existe plusieurs façons de tuer ou de contrôler les bactéries, comme faire exploser les cellules, les affamer ou empêcher le micro-organisme de se répliquer. L'étude a montré que les substances chimiques découvertes semblaient pouvoir affaiblir une membrane bactérienne importante de la gonorrhée et du SARM.
Phare Bio travaille ensuite sur des versions de ces composés qui répondent aux critères dont les patients ont besoin, comme la possibilité d’être fabriqués sous forme de pilule pouvant être prise par voie orale à domicile au lieu d’une injection à l’hôpital.
Au-delà du défi scientifique posé par les superbactéries, se pose le problème financier. Il faut au moins dix ans et des centaines de millions de dollars pour mettre au point un nouveau médicament destiné aux patients. Les antibiotiques sont confrontés à un gouffre de rentabilité plus profond que les autres médicaments, a déclaré Kosaraju.
Principaux risques pour les CanadiensCette semaine, l'Agence de la santé publique du Canada a publié la nouvelle liste des microbes prioritaires au pays. Parmi une liste initiale de 155 agents pathogènes, 29 ont été identifiés comme présentant des « risques importants pour les Canadiens » en fonction de leur incidence, de leur traitabilité, de leur transmission et de l'équité en santé.
La gonorrhée résistante aux médicaments et les entérobactéries résistantes aux carbapénèmes, qui peuvent provoquer des infections des voies urinaires et des reins, une septicémie et une méningite lorsque le système immunitaire d'une personne est affaibli, sont en tête de la liste fédérale.
Mais trouver de nouveaux antibiotiques potentiels en utilisant la méthode traditionnelle des tests dans une boîte de Petri, c'est comme chercher une aiguille dans une botte de foin, a déclaré Eric Brown, professeur de biochimie et de sciences biomédicales à l'Université McMaster à Hamilton, en Ontario, qui utilise également l'IA générative dans la chasse aux superbactéries.
Les bactéries possèdent jusqu'à 4 000 gènes, a expliqué Brown. Actuellement, les scientifiques ne connaissent que quelques dizaines de paires de ces gènes, sans parler de la façon dont les bactéries interagissent avec les humains. Sans comprendre comment les gènes bactériens interagissent entre eux et contre les humains, les nouveaux antibiotiques potentiels ont peu de chances d'être efficaces.
« C'est un peu comme essayer de prédire la météo », a déclaré Brown. « C'est un système complexe, très difficile à appréhender. Il s'avère que l'IA et d'autres formes de mathématiques peuvent nous aider. »
Résoudre le problème de la résistance aux antibiotiques nécessite également une combinaison de biologie, de chimie, de physique, d’informatique et de programmation, ainsi que de statistiques, pour analyser et interpréter les indices offerts par l’IA.
Bien qu'il soit important de disposer de nouveaux composés antibiotiques potentiels comme ceux du MIT qui semblent prometteurs, ce n'est que la première étape, a averti Humphries.
« Il y a un virage très serré à franchir après avoir franchi cette étape pour se demander : « D’accord, mais est-ce sans danger pour l’homme ? » a demandé Humphries. « Est-ce que le vaccin reste suffisamment longtemps dans l’organisme pour être efficace contre les bactéries ? »
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