Les scientifiques de l'Université Tufts ont utilisé un modèle de « carte du métro » pour identifier les composés ciblant la maladie de Lyme, ouvrant ainsi la voie à des traitements plus précis à l'avenir. Le modèle créé par les chercheurs montre que deux médicaments existants offrent le potentiel d’options de traitement plus sélectives. Ils ont développé un modèle métabolique à l'échelle du génome, ou « carte métropolitaine », qui montre les principales activités métaboliques des bactéries responsables de la maladie de Lyme.
Grâce à cette carte, ils ont réussi à identifier deux composés qui ciblent sélectivement la seule manière par laquelle la maladie de Lyme infecte son hôte. Les résultats de leurs recherches ont été publiés dans la revue mSystems le 19 octobre.
Bien qu'aucun des deux médicaments ne soit un traitement viable pour la maladie de Lyme car ils ont de nombreux effets secondaires, l'utilisation réussie de « cartes de métro » informatiques pour prédire les cibles des médicaments et les éventuels traitements existants suggère qu'il pourrait être possible de développer des substances microscopiques qui bloquent uniquement la maladie de Lyme sans toucher d'autres bactéries bénéfiques.
Les modèles métaboliques à l'échelle du génome (GEM) collectent toutes les informations métaboliques connues des systèmes biologiques, notamment les gènes, les enzymes, les métabolites et d'autres informations. Ces modèles exploitent le Big Data et l’apprentissage automatique pour aider les scientifiques à comprendre les mécanismes moléculaires, à faire des prédictions et à identifier de nouveaux processus qui pourraient être auparavant inconnus ou même contraires aux processus biologiques connus.
Actuellement, la maladie de Lyme est traitée avec des antibiotiques à large spectre qui tuent la bactérie de la maladie de Lyme, Acinetobacter baumannii, ainsi qu'une variété d'autres bactéries qui habitent le microbiote hôte et remplissent diverses fonctions bénéfiques. Certaines personnes présentant des symptômes chroniques de Lyme ou une maladie de Lyme récurrente prennent des antibiotiques toute l’année, même si cela va à l’encontre des directives médicales et qu’il n’existe aucune preuve de leur efficacité.
"La plupart des antibiotiques que nous utilisons encore sont basés sur des découvertes faites il y a plusieurs décennies, et la résistance aux antibiotiques est un problème croissant dans de nombreuses maladies bactériennes", a déclaré le premier auteur Peter Gwin, professeur adjoint de biologie moléculaire et de microbiologie à la faculté de médecine de l'université Tufts. "Il y a une préférence croissante pour trouver des traces de substances qui ciblent des voies spécifiques dans des bactéries individuelles, plutôt que de traiter les patients avec des antibiotiques à large spectre, qui peuvent perturber le microbiome et conduire à une résistance aux antibiotiques."
Les deux composés identifiés à l'aide du modèle informatique « carte du métro » étaient un médicament anticancéreux présentant des effets secondaires graves et un médicament contre l'asthme qui a été retiré du marché en raison d'effets secondaires. Les deux médicaments identifiés par le modèle ont été testés en laboratoire et se sont révélés efficaces pour tuer la bactérie de Lyme – et uniquement en culture.
"La maladie de Lyme est un excellent cas de test pour les médicaments à spectre étroit, car ses effets sont très limités et elle dépend fortement de l'environnement. Cela la rend vulnérable d'une manière que les autres bactéries n'ont pas", a déclaré Linden Hu, professeur d'immunologie Paul et Elaine Cherwinski et professeur de biologie moléculaire et de microbiologie et auteur principal de l'étude.
Gwen et ses collaborateurs ont développé ce modèle informatique pendant la pandémie de COVID-19, alors qu’ils ne pouvaient pas travailler en personne au laboratoire. L’utilisation de ce modèle pourrait potentiellement permettre aux scientifiques d’éviter certaines étapes scientifiques fondamentales fastidieuses pour tester et développer plus rapidement des traitements plus ciblés.
"Nous pouvons maintenant utiliser ce modèle pour rechercher des composés similaires qui n'ont pas la toxicité des médicaments contre le cancer et l'asthme, mais qui ont le potentiel de bloquer la même partie ou une autre partie du processus de la maladie de Lyme", a déclaré Gwin, qui a récemment reçu le Emerging Leader Award de la Bay Area Lyme Foundation.
Gwen et Hu mènent d'autres études pour déterminer si les personnes présentant des symptômes chroniques de Lyme sont toujours infectées ou si un dysfonctionnement immunitaire est à l'origine des symptômes chroniques. "Je peux imaginer un jour où les gens recevront deux semaines de traitement ciblé contre la maladie de Lyme au lieu d'antibiotiques à large spectre, seront testés pour vérifier qu'ils ne sont pas infectés, puis prendront des médicaments pour maîtriser leur réponse immunitaire si les symptômes chroniques persistent."
Gwin a déclaré que des « cartes de métro » informatiques similaires pourraient être utilisées pour d'autres bactéries avec des génomes relativement petits, telles que celles qui causent les maladies sexuellement transmissibles, la syphilis et la chlamydia, et les rickettsies qui causent la fièvre pourprée des montagnes Rocheuses. L'équipe de Gwen travaille à la cartographie de certaines de ces bactéries.