Cientistas da Universidade Tufts usaram um modelo de “mapa do metrô” para identificar compostos que têm como alvo a doença de Lyme, apontando o caminho para tratamentos mais precisos no futuro. O modelo criado pelos pesquisadores mostra que dois medicamentos existentes têm potencial para opções de tratamento mais seletivas. Eles desenvolveram um modelo metabólico em escala genômica, ou “mapa metropolitano”, que mostra as principais atividades metabólicas das bactérias que causam a doença de Lyme.
Usando este mapa, eles identificaram com sucesso dois compostos que visam seletivamente a única maneira pela qual a doença de Lyme infecta seu hospedeiro. Os resultados da pesquisa foram publicados na revista mSystems em 19 de outubro.
Embora nenhum dos medicamentos seja um tratamento viável para a doença de Lyme porque têm muitos efeitos colaterais, o uso bem-sucedido de "mapas de metrô" computacionais para prever os alvos dos medicamentos e possíveis tratamentos existentes sugere que pode ser possível desenvolver substâncias microscópicas que apenas bloqueiem a doença de Lyme sem tocar outras bactérias benéficas.
Modelos metabólicos em escala genômica (GEM) coletam todas as informações metabólicas conhecidas de sistemas biológicos, incluindo genes, enzimas, metabólitos e outras informações. Esses modelos aproveitam big data e aprendizado de máquina para ajudar os cientistas a compreender os mecanismos moleculares, fazer previsões e identificar novos processos que podem ser até então desconhecidos ou mesmo contrários aos processos biológicos conhecidos.
Atualmente, a doença de Lyme é tratada com antibióticos de amplo espectro que matam a bactéria da doença de Lyme, Acinetobacter baumannii, juntamente com uma variedade de outras bactérias que habitam a microbiota do hospedeiro e desempenham uma variedade de funções benéficas. Algumas pessoas com sintomas crônicos de Lyme ou doença de Lyme recorrente tomam antibióticos o ano todo, embora isso vá contra as orientações médicas e não haja evidências de que seja eficaz.
“A maioria dos antibióticos que ainda usamos baseia-se em descobertas feitas há décadas, e a resistência aos antibióticos é um problema crescente em muitas doenças bacterianas”, disse o primeiro autor Peter Gwin, professor assistente de biologia molecular e microbiologia na Escola de Medicina da Universidade Tufts. “Há uma preferência crescente por encontrar vestígios de substâncias que atuem em vias específicas em bactérias individuais, em vez de tratar os pacientes com antibióticos de amplo espectro, que podem perturbar o microbioma e levar à resistência aos antibióticos”.
Os dois compostos identificados usando o modelo computacional do “mapa do metrô” foram um medicamento anticâncer com efeitos colaterais graves e um medicamento para asma que foi retirado do mercado devido a efeitos colaterais. Ambas as drogas identificadas pelo modelo foram testadas em laboratório e tiveram sucesso em matar a bactéria Lyme – e apenas em cultura.
"A doença de Lyme é um excelente caso de teste para medicamentos de espectro estreito porque seus efeitos são muito limitados e são altamente dependentes do ambiente. Isso a torna vulnerável de uma forma que outras bactérias não têm", disse Linden Hu, professor de imunologia Paul e Elaine Cherwinski e professor de biologia molecular e microbiologia e autor sênior do estudo.
Gwen e seus colaboradores desenvolveram este modelo computacional durante a pandemia de COVID-19, quando não puderam trabalhar pessoalmente no laboratório. O uso deste modelo poderia permitir que os cientistas saltassem algumas das meticulosas etapas científicas básicas para testar e desenvolver tratamentos mais direcionados mais rapidamente.
"Podemos agora usar este modelo para rastrear compostos semelhantes que não têm a toxicidade dos medicamentos contra o cancro e a asma, mas têm o potencial de bloquear a mesma ou outra parte do processo da doença de Lyme", disse Gwin, que recentemente recebeu o Prémio Líder Emergente da Bay Area Lyme Foundation.
Gwen e Hu estão conduzindo outros estudos para determinar se as pessoas com sintomas crônicos de Lyme ainda estão infectadas ou se a disfunção imunológica está causando os sintomas crônicos. “Posso imaginar um dia em que as pessoas recebam duas semanas de tratamento direcionado com Lyme em vez de antibióticos de amplo espectro, sejam testadas para estarem livres de infecção e, em seguida, tomem medicamentos para controlar sua resposta imunológica se os sintomas crônicos persistirem”.
Gwin disse que "mapas de metrô" computacionais semelhantes poderiam ser usados para outras bactérias com genomas relativamente pequenos, como aquelas que causam as doenças sexualmente transmissíveis sífilis e clamídia, e as riquétsias que causam a febre maculosa das Montanhas Rochosas. A equipe de Gwen está trabalhando no mapeamento de algumas dessas bactérias.