_ Oamenii de știință dezvoltă instrument AI pentru terapia cu fagi personalizată ca alternativă țintită la antibiotice

Odată cu dezvoltarea rapidă a antibioticelor în anii 1930, fagii terapia - folosind viruși cunoscuți ca bacteriofagi sau fagi pentru a combate infecțiile bacteriene - a căzut în uitare. Dar, deoarece creșterea actuală a rezistenței la antibiotice face din ce în ce mai dificilă tratarea infecțiilor bacteriene, terapia cu fagi stârnește din nou interesul în rândul medicilor și oamenilor de știință – deși rămâne complexă în practică, din cauza diversității mari și specificității fagilor.

În acest context, oamenii de știință de la Institut Pasteur, Inserm, Paris Public Hospital Network (AP-HP) și Université Paris Cité au dezvoltat un nou instrument simplu și eficient care recomandă cel mai bun cocktail de fagi posibil pentru un anumit pacient. Ei au făcut acest lucru prin dezvoltarea și antrenarea unui model de inteligență artificială capabil să facă o selecție personalizată a fagilor bazată exclusiv pe genomul bacteriilor vizate.

Rezultatele acestei cercetări, publicate pe 31 octombrie 2024 în revista jurnalul Nature Microbiology, deschid calea terapiilor cu fagi personalizate pentru a trata infecțiile bacteriene rezistente la antibiotice.

Unele bacterii, cum ar fi Escherichia coli, devin din ce în ce mai rezistent la antibioticele convenționale și dezvoltându-se în ceea ce sunt cunoscuți sub numele de „superbacterii”. Pentru a ocoli problema rezistenței, care reprezintă o provocare majoră de sănătate publică, echipele de cercetare explorează posibilitățile terapiei cu fagi. Ideea este de a folosi viruși cunoscuți sub numele de fagi sau bacteriofagi, care infectează doar bacteriile și le elimină în mod specific pe cele care sunt patogene pentru oameni.

„Terapia cu fagi a fost inventată de omul de știință al Institutului Pasteur Félix d'Hérelle în anii 1920. , înainte de a fi abandonat progresiv de la sfârșitul anilor 1930 în urma creșterii antibioticelor, care erau mult mai ușor și mai ieftin de produs și utilizare.

„În ziua de azi, doar câteva țări din Europa de Est, cum ar fi Georgia, continuă să folosească terapia cu fagi, în timp ce în țările occidentale, fagii cu „gamă largă de gazde” sunt ocazional folosiți sub îngrijire plină de compasiune pentru a trata bolile cronice. infecții multirezistente, dacă niciun alt medicament autorizat nu este eficient”, explică Baptiste Gaborieau, co-autorul primului articol, specialist în terapie intensivă la Spitalul Louis Mourier (AP-HP) și un om de știință în laboratorul IAME (Université Paris Cité-Inserm).

„În ultimii 20 de ani, după ce a fost promovat de OMS și cu studii clinice lansate recent, inclusiv în Europa, terapia cu fagi a fost din nou stârnește interesul.”

O provocare este să știi care fag va fi eficient în tratarea unei anumite infecții, deoarece fiecare fag poate infecta doar anumite tulpini bacteriene. În sol sau apă, unde fagii sunt prezenți în mod natural, aceștia circulă până când găsesc ținta potrivită.

Oamenii de știință de la Institut Pasteur, Inserm, Rețeaua de spitale publice din Paris (AP-HP) și Université Paris-Cité prin urmare, și-a propus să investigheze interacțiunile bacterii-fagi mai detaliat pentru a vedea dacă este posibil să se prezică cât de eficient va fi un fag pe o anumită tulpină bacteriană. The first stage was to establish a quality dataset of interactions between 403 diverse Escherichia coli strains and 96 phages. Acest lucru a durat mai mult de doi ani.

„Am pus fagii în contact cu bacteriile în cultură și am observat care bacterii au fost ucise. Am studiat 350.000 de interacțiuni și am identificat cu succes caracteristicile genomul bacterian care ar putea prezice eficacitatea fagului. ”, rezumă Aude Bernheim, ultimul autor al studiului și șef al laboratorului de diversitate moleculară a microbilor al Institutului Pasteur.

„Spre deosebire de ceea ce credeam inițial, capacitatea fagilor de a infecta bacteriile, ceea ce indică eficacitatea lor, este determinată de receptorii de la suprafața bacteriană, mai degrabă decât de mecanismele de apărare bacteriene anti-virale”, continuă Florian Tesson, co-primul autor al lucrării și un doctorat. student la laboratorul Diversitatea moleculară a microbilor de la Institut Pasteur și laboratorul IAME de la Université Paris Cité-Inserm.

Această analiză precisă și cuprinzătoare a mecanismelor de interacțiune dintre bacterii și fagi le-a permis bioinformaticienilor din echipă să proiectați un program de inteligență artificială optimizat și eficient. Programul se bazează pe o analiză a genomului bacterian, în special a regiunilor implicate în codificarea receptorilor membranei bacteriene - poarta de poartă pentru fagi.

"Nu avem de -a face cu o„ cutie neagră ”și asta face ca ceea ce face Modelul nostru AI atât de eficient. student la laboratorul Diversitatea moleculară a microbilor al Institutului Pasteur.

După mai bine de doi ani de dezvoltare și pregătire, modelul AI a reușit să prezică corect eficacitatea fagilor în tratarea bacteriei E. coli din setul de date în 85% din cazuri, pur și simplu prin analiza ADN-ului bacterian. „Acest rezultat a depășit așteptările noastre”, spune Bernheim.

Pentru a-și duce cercetările mai departe, oamenii de știință au testat modelul pe o nouă colecție de tulpini bacteriene E. coli responsabile de pneumonie și au selectat un „cocktail” personalizat de trei fagi pentru fiecare dintre ei. În 90% din cazuri, fagii aleși în mod special de IA au avut succes și au distrus bacteria.

Această metodă, care poate fi transferată cu ușurință în laboratoarele spitalelor, deschide calea în următorii ani pentru o strategie prin care o selecția personalizată a tratamentelor cu fagi poate fi făcută rapid dacă este diagnosticată infecția bacteriană cu Escherichia coli foarte rezistentă la antibiotice.

„Încă trebuie să testăm efectul fagi în diferite medii, dar dovada conceptului a fost stabilită. Sperăm să o putem extinde și la alte bacterii patogene, deoarece modelul nostru AI a fost conceput pentru a se adapta cu ușurință la alte scenarii cu scopul de a oferi tratamente personalizate de terapie cu fagi în viitor. ”, conchide Bernheim.

(Fluierul)