Conjuguer un traitement ancien abandonné depuis longtemps et les promesses de l’intelligence artificielle (IA) pour lutter contre les infections bactériennes résistantes aux antibiotiques : tel est le défi des scientifiques de l’Institut Pasteur, de l’Inserm, de l’AP-HP et de l’Université Paris Cité, qui ont développé un nouvel outil capable de choisir, de manière simple et efficace, le meilleur cocktail de bactériophages possible pour un patient donné.
Inventée dans les années 1920, la phagothérapie, c’est-à-dire l’utilisation de virus appelés bactériophages qui infectent uniquement les bactéries pour les éliminer de manière ciblée, a été abandonnée à la fin des années 1930, avec l’arrivée des antibiotiques, bien plus faciles à utiliser. Cette approche a fait son retour au cours des vingt dernières années, à mesure que la résistance aux antibiotiques s’est développée. Cependant, la grande diversité et spécificité des bactériophages rendent cette voie complexe. « Aujourd’hui, seuls quelques pays d’Europe de l’Est, comme la Géorgie, utilisent encore la phagothérapie, tandis que dans les pays occidentaux, les phages « à large spectre » sont utilisés ponctuellement à titre humanitaire (dans le cadre d’une autorisation temporaire d’usage nominatif, NDLR) pour traiter les infections chroniques multirésistantes aux antibiotiques, lorsqu’aucun médicament autorisé n’est plus efficace.rappelle le Dr Baptiste Gaborieau, co-premier auteur de l’article, médecin réanimateur à l’hôpital Louis-Mourier (AP-HP) et chercheur au laboratoire IAME (Université Paris Cité-Inserm), dans un communiqué.
Mettre en évidence le rôle crucial des récepteurs à la surface des bactéries
Dans leurs travaux publiés le 31 octobre 2024 dans la revue Microbiologie naturelle, Des chercheurs français apportent la preuve de concept d’un outil permettant de fabriquer des bactériophages sur mesure en se basant uniquement sur le génome de la bactérie ciblée.
Premièrement, ils ont d’abord analysé les mécanismes d’interaction entre les bactéries et les phages. L’objectif : savoir s’il est possible de prédire l’efficacité d’un bactériophage sur une souche bactérienne donnée. Pour ce faire, ils ont créé une base de données contenant 403 souches de bactéries d’un côté. Escherichia coli et sur les 96 autres bactériophages. Un travail qui a demandé plus de deux ans d’efforts. « Nous avons mis les phages en contact avec les bactéries en culture et observé quelles bactéries étaient tuées. Nous avons étudié 350 000 interactions et réussi à identifier, au niveau du génome bactérien, les caractéristiques susceptibles de prédire l’efficacité des phages. résume Aude Bernheim, auteure principale et responsable du laboratoire Diversité moléculaire des microbes à l’Institut Pasteur.
“Contrairement à ce que l’on pensait initialement, ce sont les récepteurs à la surface des bactéries et non leurs mécanismes de défense qui déterminent en premier lieu la capacité des bactériophages à pouvoir infecter ou non les bactéries, et qui prédisent leur efficacité”, poursuit Florian Tesson, co-premier auteur de l’article et doctorant (Pasteur et Université Paris Cité-Inserm).
Une sélection de bactériophages efficaces à 90%
Puis les bioinformaticiens de l’équipe ont conçu un programme d’intelligence artificielle basé sur l’analyse du génome de la bactérie, et plus particulièrement des régions impliquées dans le codage des récepteurs membranaires de la bactérie, porte d’entrée des phages. « Nous ne sommes pas ici confrontés à une « boîte noire », et c’est ce qui fait la force de notre modèle basé sur l’IA. Nous savons exactement comment il fonctionne, ce qui nous aide à améliorer ses performances. »souligne Hugo Vaysset, co-premier auteur de l’article et doctorant (Pasteur). Après plus de deux ans de formation, l’IA a pu prédire correctement l’efficacité des bactériophages contre les bactéries E. coli de la base de données dans 85% des cas, simplement en analysant l’ADN de la bactérie. « Un résultat qui dépasse nos attentes », reconnaît Aude Bernheim.
Les chercheurs ont testé leur modèle sur une nouvelle collection de souches bactériennes deE. coli responsables de pneumonies et ont sélectionné, pour chacun d’eux, un « cocktail » sur mesure de trois bactériophages. Dans 90 % des cas, les bactériophages fabriqués sur mesure par l’IA ont détruit les bactéries présentes. « Nous devons encore tester le comportement des phages dans différents environnements, mais la preuve de concept est terminée. Nous espérons pouvoir l’étendre à d’autres bactéries pathogènes, car notre IA a été conçue pour s’adapter facilement à d’autres scénarios, et proposer à l’avenir des traitements de phagothérapie personnalisés. conclut Aude Bernheim.
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