Antibiotiques : une nouvelle classe de molécules dénichée par l’intelligence artificielle
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L’intérêt de cette recherche, qui a fait l’objet d’une publication, le 20 décembre, dans Nature, réside avant tout dans la méthode utilisée, plus que dans les #molécules identifiées. Ce n’est pas un hasard si Felix Wong, premier signataire de l’article, est physicien et mathématicien, pas microbiologiste. La recherche biomédicale recourt déjà à l’#IA, mais, ici, c’est le mode d’apprentissage profond imaginé qui est innovant.
Les chercheurs ont d’abord déterminé les activités #antibiotiques de 39 312 composés, des sous-structures chimiques de molécules déjà connues, ainsi que leurs profils de cytotoxicité sur des cellules humaines. Des réseaux de neurones ont ainsi été entraînés à identifier les structures chimiques associées à une activité antimicrobienne. Ils ont ensuite été utilisés pour passer au crible plus de 12 millions de composés et prédire leur activité antibiotique et leur cytotoxicité.
Finalement, 283 composés ont été sélectionnés pour être testés empiriquement contre le staphylocoque doré. Des tests sur des souris ont permis d’identifier une classe de structure qui s’est avérée antimicrobienne à l’égard d’un staphylocoque résistant à la méthicilline et d’entérocoques résistants à la vancomycine, deux antibiotiques classiques. Le mot est lâché, ce serait la voie pour une nouvelle « classe » d’antibiotiques. Cela fait plusieurs décennies que les antibiotiques arrivant sur le marché ne sont que des versions améliorées ou au spectre élargi de familles existantes.
« Un résultat spectaculaire »
Didier Mazel, responsable de l’unité Plasticité du génome bactérien à l’Institut Pasteur, salue, dans cette étude, un « résultat spectaculaire ». « Ils ont démasqué une famille de molécules qui n’étaient pas connues pour leur activité antimicrobienne, cela valide leur modèle », ajoute le généticien. Si le recours à l’IA a déjà permis, par exemple, d’obtenir de nouvelles structures de protéines ayant un possible intérêt biologique, la puissance de calcul à laquelle l’équipe américaine a eu accès a permis de franchir une étape.
Les travaux de Felix Wong s’inscrivent dans le projet Antibiotics-AI du MIT, piloté par James Collins, professeur d’ingénierie médicale et de sciences au célèbre institut du Massachusetts. L’objectif est de découvrir, d’ici à sept ans, de nouvelles classes d’antibiotiques contre sept types de bactéries mortelles, affirme le MIT dans un communiqué.
Pour le microbiologiste Etienne Ruppé, professeur de bactériologie à l’université Paris Cité, il faut relativiser l’efficacité des molécules trouvées ici. Il relève « des concentrations minimales inhibitrices sur le staphylocoque de l’ordre de 2 milligrammes par litre, ce qui est élevé » et pose la question de l’application à l’homme. Et de regretter que cette première étude se soit concentrée sur les staphylocoques. « Aujourd’hui, ce sont les bacilles Gram négatif qui posent le plus de problèmes et sont responsables de morts dans le monde entier », insiste-t-il.
Pour autant, Etienne Ruppé salue la qualité des données avec lesquelles a été entraînée l’IA, ce qui a permis cette « preuve de concept intéressante ». Ce modèle devrait permettre, selon lui, d’avoir « un ticket d’entrée moins important, afin d’identifier plus rapidement les candidats potentiels pour de futurs antibiotiques ».
Infectiologue à l’hôpital Bichat (AP-HP), Nathan Peiffer-Smadja, reconnaît que les antibiotiques sont devenus les « parents pauvres de la recherche dans l’industrie pharmaceutique ». Mais il met en garde contre le Graal que certains placent dans la découverte de nouvelles classes d’antibiotiques. « Les bactéries évoluent plus vite que l’humain, et la résistance à une nouvelle classe arrivera aussi rapidement », prévient le spécialiste qui souligne la menace que l’antibiorésistance fait peser, à terme, sur des pans entiers de la médecine. « Si demain on ne sait plus traiter les complications infectieuses, on ne pourra plus faire de greffe d’organe ni de chimiothérapie agressive », insiste le docteur Peiffer-Smadja, pour qui l’enjeu est de mieux se servir des antibiotiques existants, en réduisant par exemple la durée de traitement, avant d’en découvrir de nouveaux.