塔夫茨大學的科學家利用”地鐵圖”模型確定了針對萊姆病的化合物，為未來更精確的治療指明了方向，研究人員創建的這一模型顯示，現有的兩種藥物具有更多選擇性治療方案的潛力。他們開發了一個基因組規模的代謝模型，或稱為”地鐵圖”，用於顯示導致萊姆病的細菌的關鍵代謝活動。

利用這張地圖，他們成功鑑定出了兩種化合物，這兩種化合物可選擇性地針對萊姆病感染宿主的唯一途徑。他們的研究成果於10 月19 日發表在《mSystems》期刊。

雖然這兩種藥物都不是治療萊姆病的可行方法，因為它們有許多副作用，但成功利用計算”地鐵圖”預測藥物靶點和可能的現有治療方法表明，有可能開發出只阻斷萊姆病而不觸及其他有益細菌的微物質。

基因組尺度代謝模型（GEM）收集生物系統的所有已知代謝訊息，包括基因、酵素、代謝物和其他資訊。這些模型利用大數據和機器學習來幫助科學家了解分子機制、進行預測，並識別可能是以前未知的、甚至與已知生物過程相反的新過程。

目前，治療萊姆病的方法是使用廣譜抗生素，這種抗生素在殺死萊姆病細菌鮑氏不動桿菌的同時，也殺死了棲息在宿主微生物群中並發揮多種有益功能的其他多種細菌。一些有慢性萊姆病症狀或萊姆病反覆發作的人常年服用抗生素，儘管這有悖於醫學準則，也沒有證據證明它有效。

本文第一作者、塔夫茨大學醫學院分子生物學和微生物學助理教授彼得-格溫說：”我們仍在使用的大多數抗生素都是基於幾十年前的發現，而抗生素抗藥性是許多細菌性疾病日益嚴重的問題。人們越來越傾向於尋找針對單一細菌特定路徑的微量物質，而不是用廣譜抗生素來治療患者，因為廣譜抗生素會破壞微生物群並導致抗生素抗藥性” 。

利用”地鐵圖”計算模型確定的兩種化合物分別是一種副作用很大的抗癌藥物和一種因副作用而退出市場的氣喘藥物。該模型確定的這兩種藥物都在實驗室中進行了測試，發現它們都能成功殺死萊姆病菌–而且只能殺死培養中的萊姆病菌。

「萊姆病菌是窄譜藥物的絕佳試驗案例，因為它的作用非常有限，而且高度依賴環境。這就使它具有其他細菌所不具備的脆弱性，”保羅和伊萊恩-切爾溫斯基免疫學教授、分子生物學和微生物學教授、該研究的資深作者胡林登（Linden Hu）說。

格溫和合作者在COVID-19大流行期間開發了這個計算模型，當時他們無法在實驗室現場工作，使用這一模型有可能使科學家們跳過一些艱苦的基礎科學步驟，從而更快地測試和開發出更有針對性的治療方法。

「我們現在可以利用這個模型篩選類似的化合物，它們沒有抗癌藥和氣喘藥的毒性，但有可能阻止萊姆病過程的相同或另一部分，」最近獲得灣區萊姆基金會新興領袖獎的格溫說。

格溫和胡正在進行其他研究，以確定有慢性萊姆症狀的人是否仍然受到感染，或者是免疫功能失調導致了慢性症狀。「我可以想像有一天，人們在接受為期兩週的針對性萊姆治療而不是廣譜抗生素治療後，經過檢測確定沒有感染，然後在慢性症狀持續存在的情況下服用藥物馴服他們的免疫反應。 “

格溫說，類似的計算”地鐵圖”還可用於其他基因組相對較小的細菌，如導致性傳播疾病梅毒和衣原體的細菌，以及導致落基山斑疹熱的立克次體。格溫的團隊正在研究為其中一些細菌繪製地圖。