Le scientifique qui « ressuscite » les molécules néandertaliennes pour trouver de nouveaux antibiotiques | Science

“Dans 10 à 20 ans, nous mourrons d’infections bactériennes résistantes aux antibiotiques”, déclare la généticienne Edith Heard. L’Organisation mondiale de la santé (OMS) met en garde depuis des années contre le fléau des micro-organismes qui échappent aux médicaments existants et qui tueront 10 millions de personnes dans le monde chaque année, soit plus que celles qui meurent du cancer. Dans cette bataille aux dimensions gigantesques se trouve César de la Fuente, prix Princesse de Gérone pour la recherche scientifique et professeur de bio-ingénierie à l’Université de Pennsylvanie (États-Unis). Vos armes sont l’intelligence artificielle et l’expérience de votre équipe de recherche, Biologie des machines, capable de détecter des milliers de molécules au potentiel antibactérien. Ils les recherchent dans des composés naturels, comme le venin de guêpe, ou dans la carte protéique générale de l’organisme. Et maintenant, chez nos ancêtres Néandertaliens et Dénisoviens, qui ont servi à « ressusciter » des molécules perdues avec le temps. Un homme sage dans son évolution.

Il y a plus de cellules bactériennes dans le corps que de cellules humaines. Parmi les capacités les plus importantes des bactéries, les organismes les plus abondants sur la planète et responsables de la génération de plaque dentaire au maintien de la fertilité de la terre, se trouve leur capacité à développer une résistance aux antibiotiques. Et ainsi devenir une menace pour des millions de personnes.

L’équipe de De la Fuente recherche des composés pour répondre à ce défi. Il l’a fait dans le protéome, l’ensemble complet des protéines de l’organisme, où il a découvert 2 603 peptides (molécules constituées d’acides aminés) ayant des fonctions biologiques sans rapport avec le système immunitaire et qui ont cependant des propriétés anti-infectieuses. activité.

De la Fuente, un homme de La Corogne de 37 ans, inclus dans la liste des 50 Espagnols les plus récompensés et distingué parmi les meilleurs chercheurs par l’American Chemical Society et le Massachusetts Institute of Technology, explique comment ils ont remarqué ce qu’il appelle désextinction, la récupération de composés du passé qui n’existent plus. « Nous avions développé un algorithme pour explorer le protéome humain en tant que source d’antibiotiques et nous avons trouvé bon nombre de ces séquences que nous appelons peptides cryptés. Cela nous a amené à penser que ces séquences avaient été produites tout au long de l’évolution et jouaient un rôle dans le système immunitaire pour nous défendre contre les agents envahisseurs ou infectieux comme les bactéries », explique le scientifique. “Nous avons donc décidé d’étudier le protéome de nos ancêtres les plus proches, à savoir les Néandertaliens et les Dénisoviens”, ajoute-t-il.

Le protéome de base a été rendu public grâce à des recherches sur l’ADN ancestral qui ont culminé l’année dernière avec l’attribution du prix Nobel à Svante Pääbo pour avoir révélé la génétique d’humains disparus. « Ce que nous avons fait », détaille le chercheur espagnol, « a été de développer un algorithme pour explorer ces données, ces protéomes humains, pour voir si nous pouvions trouver des antibiotiques codés dans les protéines ».

De la Fuente explique que c’est une idée inspirée par Parc jurassique. « Le concept du film était de redonner vie à des organismes entiers : des dinosaures. Mais cela pose de nombreux problèmes éthiques, écologiques et techniques. Aujourd’hui, nous ne disposons pas de suffisamment d’informations génomiques pour ressusciter un dinosaure. Nous avons proposé le concept de désextinction moléculaire : au lieu d’un organisme entier, essayer de redonner vie à des molécules du passé pour résoudre les problèmes du présent, comme la résistance aux antibiotiques.

Nous avons proposé le concept de désextinction moléculaire : au lieu d’un organisme entier, essayer de redonner vie à des molécules du passé pour résoudre les problèmes du présent.

César de la Fuente, biotechnologue à l’Université de Pennsylvanie

La recherche, publiée dans Hôte cellulaire et microbe et révisé par Natureutilise les informations génomiques et protéomiques de l’ADN mitochondrial pour trouver, à l’aide de l’algorithme conçu par l’équipe et avec l’application de l’intelligence artificielle, des molécules qui pourraient être des antibiotiques potentiels.

«Le moment le plus fascinant», dit De la Fuente, «a été celui où nous avons réalisé le Résurrection de ces molécules à l’aide d’une méthode appelée synthèse chimique en phase solide. “À partir du code que l’ordinateur nous donne sur les acides aminés ayant une capacité antibiotique, nous faisons en sorte que les machines les synthétisent chimiquement”, ajoute-t-il.

La vérification expérimentale a eu lieu lorsqu’ils ont exposé leurs molécules ressuscitées (quatre peptides de Homo sapiensun de homo néanderthalensis et un Denisovan) en boîtes de Pétri (récipients de laboratoire) et chez des souris affectées par la bactérie Acinetobacter baumannii, une cause fréquente d’infections hospitalières. Tous les six ont montré des effets positifs à des degrés divers, certains avec une efficacité similaire à celle des antibiotiques conventionnels actuels.

“Les doses utilisées étaient extrêmement élevées, mais l’idée est intéressante”, nuance-t-il. Nature Nathanael Gray, biologiste chimique à l’Université de Stanford en Californie et sans rapport avec la recherche. Gray doute d’un effet immédiat sur le développement de médicaments à partir de composés éteints.

Cependant, De la Fuente estime que l’objectif de la recherche n’est pas seulement de trouver de nouveaux antibiotiques, mais « une nouvelle façon de penser à la manière de découvrir de nouvelles molécules en utilisant les informations provenant d’organismes disparus ». “La désextinction moléculaire peut nous aider à ouvrir de nouveaux espaces que nous n’avions pas explorés auparavant et cela signifie que, peut-être, nous pourrons trouver une biologie de nos ancêtres avec laquelle en apprendre davantage sur nous-mêmes et sur le potentiel de certaines molécules”, a-t-il déclaré. ajoute.

Euan Ashley, expert en génomique et en santé de précision à l’Université de Stanford en Californie, partage cet avis : « Plonger dans le génome humain archaïque est une approche intéressante et potentiellement utile. »

L’équipe de chercheurs espagnols plonge depuis une demi-décennie là où elle pense pouvoir trouver une nouvelle arme fondamentale pour la santé humaine : dans le passé et dans le présent, chez l’homme ou dans d’autres domaines de la nature. Un exemple est la découverte de matériel biologique potentiellement bénéfique dans le venin de la guêpe solitaire. Eumène fit un clin d’œil une recherche publiée dans Rapports cellulaires Sciences physiques.

« Les poisons constituent une source très peu explorée de médicaments potentiels ou de molécules aux fonctionnalités intéressantes. Nous étudions depuis quelques années différents poisons pour les reprogrammer et supprimer ou éliminer la toxicité afin de profiter de leur capacité antibiotique », explique De la Fuente.

La clé réside dans la combinaison des outils d’intelligence artificielle avec la robotique biotechnologique et l’expérience et la connaissance du monde. Groupe de biologie machine. « Il y a cinq ans, ajoute le scientifique, le délai moyen pour découvrir un antibiotique était de trois ou six ans. Maintenant, en quelques heures ou jours, nous pouvons en découvrir des milliers ».

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