Protéines IA pour protéger contre le venin de serpent

En utilisant l’IA, les scientifiques ont conçu des protéines capables de contrer les toxines des cobras et d’autres serpents venimeux. Cette approche conceptuelle pourrait éventuellement mener à un nouveau traitement contre les morsures de serpent. Lors des tests en laboratoire, les protéines sur mesure ont sauvé la vie de souris exposées à une dose létale de toxines, comme l’ont rapporté les chercheurs le 15 janvier dans Nature.

« Ces protéines sont vraiment efficaces », déclare Michael Hust, chercheur en anticorps à l’Université technique de Braunschweig en Allemagne, qui n’a pas participé à l’étude. « Les souris survivent. C’est exactement ce que nous cherchons à accomplir. »

Cette recherche s’appuie sur les travaux révolutionnaires qui ont valu à trois scientifiques le prix Nobel de chimie 2024. En 2022, le biotechnologiste médical Timothy Jenkins est tombé sur un préprint du laboratoire de David Baker à l’Université de Washington, l’un des lauréats du Nobel. Le préprint décrivait des protéines conçues par IA qui se lient fortement à des molécules spécifiques.

Cela a donné naissance à une idée : l’IA pourrait-elle concevoir une protéine qui se lie aux toxines du venin de serpent et les neutralise ?

La quête de Jenkins pour de nouvelles thérapies contre les morsures de serpent.

Jenkins, de l’Université technique du Danemark, avait passé des années à essayer de créer de nouvelles thérapies contre les morsures de serpent, qui causent environ 100 000 morts dans le monde chaque année. Les morsures de serpents venimeux peuvent injecter une large gamme de toxines, notamment des toxines à trois doigts, qui paralysent les muscles, arrêtent le cœur et perturbent la respiration. Bien que des antivenins existent, Jenkins souligne que la technologie est obsolète. “Il n’y a pas beaucoup de profit à en tirer, donc l’innovation a été limitée”, explique-t-il.

Actuellement, la production d’antivenins consiste à traire le venin des serpents, un processus dangereux, et à injecter de petites quantités de venin dans des chevaux ou d’autres animaux pour récolter des anticorps. Ces anticorps, lorsqu’ils sont administrés aux victimes de morsures, neutralisent les toxines. Cependant, la fabrication des antivenins est coûteuse et lente, ce qui pousse les scientifiques à explorer des méthodes alternatives. Une approche prometteuse consiste à tester un large éventail d’anticorps fabriqués en laboratoire pour identifier ceux qui ciblent des toxines spécifiques.

Avec l’IA, les scientifiques peuvent désormais concevoir des protéines ciblant les toxines plus rapidement et à moindre coût. Jenkins et Baker ont collaboré pour créer des protéines personnalisées en utilisant un modèle d’IA appelé RFdiffusion, un outil de conception de protéines gratuit similaire aux IA générant des images. Plutôt que de créer des images, RFdiffusion génère des conceptions de protéines qui ciblent précisément les molécules que les scientifiques souhaitent neutraliser.

Dans le laboratoire, les cellules humaines exposées aux toxines du venin de cobra à cou noir meurent généralement en environ une heure et demie (panneau de gauche). Les cellules mourantes semblent briller comme un sapin de Noël rose. Mais en traitant les cellules avec des protéines sur mesure cinq minutes après l’exposition aux toxines, les effets létaux ont été neutralisés (panneau de droite). Institut de conception de protéines de l’Université de Washington.

Enseigner au modèle à construire des protéines à partir de structures connues et de séquences d’acides aminés

L’équipe de Baker avait préalablement formé le modèle d’IA en utilisant toutes les structures de protéines connues et leurs séquences d’acides aminés — les éléments de base moléculaires qui se replient pour former la forme tridimensionnelle d’une protéine. Ils ont ensuite déconstruit ces formes de manière informatique, enseignant au modèle comment assembler une protéine complète à partir de ses composants, de la même manière que l’on apprend à construire un moteur de voiture en le démontant.

Baker et Jenkins ont utilisé l’IA pour concevoir des protéines qui se lient aux toxines venimeuses, puis ils ont synthétisé ces protéines en laboratoire. Comme un couvercle magnétique qui empêche une clé de s’insérer dans une serrure, les protéines sur mesure ont empêché la toxine de se fixer aux cellules.

L’équipe a injecté 20 souris avec les protéines 15 minutes après ou simultanément avec une dose létale de venin de cobra. Toutes les souris ont survécu.

“Nous étions très, très enthousiastes à ce sujet”, déclare Jenkins, qualifiant cela de démonstration claire de l’efficacité des protéines. L’étape suivante pour l’équipe consiste à développer ces protéines en un produit pour des essais sur l’homme. Les chercheurs devront s’assurer que les protéines sur mesure sont sûres et qu’elles ne se lient pas de manière inattendue aux tissus humains, selon Hust.

Jenkins reconnaît que cette étude n’est que la première étape pour neutraliser les effets nocifs du venin. “C’était avant tout une preuve que cette technologie incroyablement nouvelle fonctionne”, dit-il.

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Lisez l’article original sur :  Science News

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