Pour la première fois, une intelligence artificielle découvre trois nouveaux antibiotiques

Une intelligence artificielle développée par des chercheurs du MIT a identifié trois antibiotiques jusque-là inconnus. L’un d’eux, un composé initialement expérimenté pour traiter le diabète, viendrait à bout de nombreuses bactéries pathogènes sans qu’elles puissent développer de résistance.

Des bactéries Escherichia coli.
Une colonie d’Escherichia coli, observée (puis colorisée) au microscope électronique à balayage (Crédits : geralt / Pixabay).

Comme le montre actuellement l’épidémie de pneumonie virale de SRAS-CoV-2, l’être humain est parfois impuissant contre certains virus – et il en va de même contre certaines bactéries. Trouver un remède, qu’il soit un vaccin ou un médicament, demande souvent beaucoup de temps. Pour rappel, le premier antibiotique, la pénicilline, n’a été découverte qu’en 1928 et industrialisée qu’au début des années 1940. De plus, à mesure que les humains utilisent des antibiotiques pour combattre leurs diverses infections bactériennes, les bactéries s’y adaptent et deviennent résistantes. Un nouvel antibiotique doit donc être découvert pour remplacer les précédents, rendus inutiles. Pour accélérer cette quête incessante, un groupe de biologistes et ingénieurs de l’Institut technologique du Massachusetts (MIT) l’ont confié à une intelligence artificielle. Les résultats de leur étude sans précédent ont été publié dans la revue scientifique Cell.

Regina Barzilay, chercheuse en science informatique, et son équipe d’ingénieurs ont d’abord mis au point un réseau de neurones artificiels qui, grâce à des méthodes de “deep learning”, pouvait identifier des structures moléculaires aux propriétés antibactériennes uniques. Pour cela, elles se sont attelées à lui apprendre les caractéristiques de 2 335 molécules connues pour limiter, combattre ou vaincre la croissance d’une colonie d’Eschirichia coli, une bactérie infectieuse commune. Parmi elles, 300 sont des antibiotiques industriels et 800 des composés naturels d’origine végétale, animale ou microbienne. Une fois l’algorithme en mesure de reconnaître sans faute des molécules potentiellement antibiotiques, les chercheurs lui ont donné pour tâche d’analyser et de trier les 6 000 molécules référencées dans le Drug Repurposing Hub, une base de données qui recense toutes les substances médicamenteuses en cours d’évaluation. L’IA avait pour objectif de prédire laquelle de ces substances pouvaient agir contre une bactérie comme E. coli. En seulement quelques heures, elle arrive à sa conclusion avec une pré-sélection de 100 candidats possibles. Après des tests biologiques, les scientifiques du MIT en identifient un aux capacités insoupçonnées – le premier antibiotique découvert par une IA.

Un antibiotique découvert par une IA et inspiré par une autre

Celui-ci, l’halicine, provient à l’origine d’un traitement expérimental du diabète. Les chercheurs du MIT et leur IA ont constaté qu’il est non seulement efficace contre E. coli mais parvient même à mettre en déroute des microbes plus dangereux et résistants comme Clostridioides difficile, responsable de la diarrhée nosocomiale, l’Acinetobacter baumannii, autre bactérie infectieuse opportuniste, et surtout la Mycobacterium tuberculosis, à l’origine de la tuberculose. Pour le nommer, les chercheurs se sont inspirés de l’intelligence artificielle tueuse, HAL 9000, du film de Stanley Kubrick, 2001 : L’Odyssée de l’espace, en écho à l’omnipotence de ses propriétés antibiotiques. Plutôt que d’attaquer les parois ou l’ADN des bactéries, l’halicine briserait le flux des protons des molécules membranaires, périclitant les protections de la bactérie pour la tuer. Très peu toxique chez les souris sur lesquelles il a été testé, l’halicine n’opposerait même “aucune résistance après 30 jours de tests constants”, souligne James Collins, l’un des auteurs de cette découverte.

Pour continuer sur leur lancée, les chercheurs ont gavé leur algorithme de 107 millions de formules moléculaires supplémentaires, provenant d’1,5 milliards de substances chimiques connues et issues de la base de données ZINC15 sans aucun lien avec le monde médical. Des 23 composés chimiques pré-sélectionnés (en trois jours !) et des 8 testés biologiquement, deux se seraient révélés aussi prometteurs que l’halicine. Les chercheurs s’empressent de continuer leurs investigations et de soutenir de premiers tests cliniques pour l’halicine, qui conduiront peut-être à sa commercialisation.

Giant Microbes (E Coli)
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Giant Microbes (E Coli)
  • Manufacturer: Giant Microbes
Source: Nature