En alliant intelligence artificielle et méthodes expérimentales avancées, le Machine Biology Group a exploité le passé ancien pour de futures percées médicales, ramenant à la vie des molécules disparues. Crédit : Ella Marushchenko
Les chercheurs se sont penchés sur la « désextinction » moléculaire, en étudiant les génomes anciens à la recherche d’antibiotiques potentiels. Leurs travaux ont mis au jour des molécules antimicrobiennes provenant des Néandertaliens et des Dénisoviens, remettant en question les notions traditionnelles de fonctions des protéines et soulevant des questions bioéthiques.
« Nous devons voir grand dans la recherche sur les antibiotiques », déclare Cesar de la Fuente. « Plus d’un million de personnes meurent chaque année d’infections pharmacorésistantes, et ce chiffre devrait atteindre 10 millions d’ici 2050. Il n’y a pas eu de véritable nouvelle classe d’antibiotiques depuis des décennies, et nous sommes si peu nombreux à s’attaquer à ce problème que nous devons penser à plus que de simples nouveaux médicaments. Nous avons besoin de nouveaux cadres.
De la Fuente est professeur adjoint présidentiel au Département de bio-ingénierie et au Département de génie chimique et biomoléculaire de l’École d’ingénierie et de sciences appliquées de l’Université de Pennsylvanie. Il occupe des postes primaires supplémentaires en psychiatrie et en microbiologie à la Perelman School of Medicine.
Le laboratoire de De la Fuente, le Machine Biology Group, crée ces nouveaux cadres en utilisant de puissants partenariats en ingénierie et en sciences de la santé, en s’appuyant sur la « puissance des machines pour accélérer les découvertes en biologie et en médecine ».
En alliant intelligence artificielle et méthodes expérimentales avancées, le groupe a exploité le passé ancien pour de futures percées médicales. Dans une étude récente publiée dans Cellule Hôte et microbel’équipe a lancé le domaine de la « désextinction moléculaire ».
Nos génomes – notre matériel génétique – et les génomes de nos anciens ancêtres expriment des protéines aux propriétés antimicrobiennes naturelles. La « désextinction moléculaire » suppose que ces molécules pourraient être des candidats privilégiés pour de nouveaux médicaments sûrs. Naturellement produites et sélectionnées au cours de l’évolution, ces molécules offrent des avantages prometteurs par rapport à la découverte moléculaire utilisant uniquement l’IA.
Dans cet article, l’équipe a exploré les expressions protéomiques de deux organismes disparus – les Néandertaliens et les Dénisoviens, précurseurs archaïques de l’être humain. espèces – et trouvé des dizaines de petites séquences protéiques aux qualités antibiotiques. Leur laboratoire a ensuite travaillé à la synthèse de ces molécules, redonnant ainsi vie à ces produits chimiques disparus depuis longtemps.
« L’ordinateur nous donne une séquence de acides aminés», dit de la Fuente. « Ce sont les éléments constitutifs d’un peptide, une petite protéine. Nous pouvons ensuite fabriquer ces molécules en utilisant une méthode appelée « synthèse chimique en phase solide ». Nous traduisons la recette des acides aminés en une véritable molécule, puis la construisons.
L’équipe a ensuite appliqué ces molécules à des agents pathogènes dans une boîte et chez des souris pour tester la véracité et l’efficacité de leurs prédictions informatiques.
«Ceux qui ont fonctionné ont plutôt bien fonctionné», poursuit de la Fuente. « Dans deux cas, les peptides étaient comparables – sinon meilleurs – aux soins standards. Ceux qui n’ont pas fonctionné nous ont aidé à comprendre ce qui devait être amélioré dans nos outils d’IA. Nous pensons que cette recherche ouvre la porte à de nouvelles façons de penser les antibiotiques et la découverte de médicaments, et cette première étape permettra aux scientifiques de les explorer avec une créativité et une précision croissantes.
Ce nouvel univers de recherche est particulièrement riche. En plus d’offrir un cadre entièrement nouveau pour la découverte de médicaments, leurs travaux ont donné des informations inattendues sur notre système immunitaire. Remarquablement, certaines des séquences peptidiques en question n’avaient aucun rôle connu auparavant dans l’immunité.
En fait, les recherches précédentes du groupe avaient déjà montré que certaines des molécules antimicrobiennes trouvées étaient cachées, cryptées dans des protéines associées à des systèmes et des fonctions complètement différents du corps.
« Ce qui m’a surpris, explique de la Fuente, c’est que notre laboratoire a trouvé des séquences dans chaque système du corps – cardiovasculaire, nerveux, digestif, etc. Ce que nous n’avions pas reconnu auparavant, c’est que les protéines ou les peptides jouent un rôle dans un système pourrait également contribuer à l’immunité en général.
La vision traditionnelle en biologie est qu’un gène code pour une protéine et que chaque protéine a une fonction. Mais ce que l’équipe et ses talentueux collaborateurs ont découvert, c’est qu’une protéine peut avoir plusieurs fonctions.
«Nous ouvrons une toute nouvelle voie pour en apprendre davantage sur la manière dont notre corps prévient et combat les maladies», déclare de la Fuente.
Une fois la désextinction établie pour ces molécules, l’équipe de recherche de Penn Engineering explore désormais de manière réfléchie les conséquences de la résurrection du passé.
«Nous discutons avec des bioéthiciens de ce que signifie redonner vie au matériel génétique», explique de la Fuente. « Nous le faisons pour la médecine, mais que se passe-t-il si quelqu’un d’autre ressuscite quelque chose de toxique ou de nocif ? Nous collaborons également avec des avocats en brevets. Les séquences peptidiques actuelles ne sont pas brevetables par la loi. Mais qu’en est-il de ceux que nous recréons à partir d’organismes disparus ?
Une simple molécule, vieille de plusieurs milliers d’années, vit – et nous aide à poser des questions que nous n’avions jamais posées auparavant.
