DynamiX - La dynamique des réseaux protéiques de la levure
Aujourd'hui arrivés à pleine maturités, les domaines de la génomique et de la protéomique ont largement contribué aux progrès accomplis en biologie. Ces deux disciplines ont offert un trésor d'informations aux biologistes en cataloguant l'ensemble des gènes de nombreux organismes ainsi que les protéines produites à partir de ces gènes. Sur la base de ces connaissances, les biologistes ont pu formuler de nouvelles hypothèses plus complexes sur la manière dont les systèmes biologiques fonctionnent. Leurs répercussions ont aussi bien touché la recherche fondamentale que le niveau de vie général, à travers les nouvelles techniques de diagnostic et de traitement. Ces approches innovantes en médecine prédictive et préventive proviennent certes d'une compréhension améliorée du rôle des gènes et des protéines dans les maladies, mais aussi des énormes progrès réalisés dans notre compréhension de la biologie de base.
La biologie systémique est apparu comme une suite logique à la masse d'information récoltée en génomique et en protéomique. Disposant d'un catalogue presque exhaustif des blocs de construction du vivant, la question suivante qui anima les scientifiques fut de savoir comment ils interagissent à l'échelle globale. Bien que la définition même de la biologie systémique puisse encore faire l'objet d'un débat (à l'image de la diversité des projets RTD au sein de SystemsX.ch), son objectif, quoiqu'incroyablement ambitieux, est néanmoins clair: le but de la biologie systémique est de rendre la vie prévisible. En d'autres termes, DynamiX veut simuler la vie in silico à partir d'un ensemble de données minimal tel que la séquence génomique d'un organisme. De tels simulateurs devraient être capables de prédire l'identité des gènes et de leurs produits ou protéines, comment ces protéines se plient pour former des molécules fonctionnelles et comment cette pléthore de protéines interagissent dans une cellule en formant des structures et des réseaux fonctionnels complexes. Rien n'exclut en principe que l'on puisse aussi un jour prédire la formation de tissus, d'organes et d'organismes entiers, ainsi que les interactions entre organismes dans des écosystèmes. Ce stade est manifestement loin d'être atteint, mais les conséquences d'une „biologie digitale“ seraient immenses, quand bien même nous n'atteindrions qu'une fraction des objectifs sus-mentionnés durant la décennie à venir. Mais afin de progresser vers cette „biologie digitale“, les scientifiques doivent d'abord comprendre comment les systèmes biologiques fonctionnent en premier lieu.
Dans le cadre de DynamiX, nous voulons comprendre comment les protéines interagissent entre elles et avec l'ADN en étudiant l'organisme-modèle S. cerevisiae, la levure de boulanger. Les raisons qui nous poussent à la choisir comme organisme modèle sont multiples. Premièrement, c'est un organisme eucaryote relativement simple qui contient un nombre limité de bases d'ADN, de gènes et de protéines (13'000'000 bases d'ADN, ~6'275 gènes, ~5'800 protéines). De plus, une grande base de savoir est disponible à son sujet, puisque cela fait 30 ans que la levure sert d'organisme-modèle. Malgré sa „simplicité“, elle arbore les mêmes mécanismes fonctionnels que des organismes plus évolués: division cellulaire, recombinaison, réplication, métabolisme et épigénétique sont essentiellement conservés. Mais bien que la levure ait une longue histoire en tant qu'organisme-modèle, ces mécanismes n'ont presqu'uniquement été mesurés qu'isolés les uns des autres et rarement de façon quantitative.
L'un des objectifs de DynamiX est de mesurer le répertoire protéique entier et sa dynamique in vivo afin de comprendre quels sont les paramètres importants qui permettent à un système aussi complexe d'être aussi stable et robuste. Nous voulons également développer des modèles qui nous permettent de prédire quant et en quelle quantité une protéine donnée est exprimée dans la levure, et nous rapprocher ainsi de la biologie in silico. Évidemment, ces tâches sont complexes et ne peuvent être accomplies qu'avec le développement de nouvelles technologies. La biologie a toujours été un domaine techniquement limité et risque fort de le demeurer. Les nouvelles découvertes bouleversantes en biologie sont presque toujours précédées par le développement de nouvelles technologies. Prenez par exemple la mise au point du microscope, qui a donné sa première étincelle à la discipline de la biologie, ou le développement plus récent du séquençage à haut débit dont l'impact se fait fortement sentir à travers pratiquement tout le spectre de la biologie.
Dans le cadre de DynamiX, nous développons activement et appliquons les dernières technologies microfluidiques qui permettent aux biologistes de réaliser des expériences à une échelle et avec une précision inédites. L'une des plateformes que nous développons actuellement nous permettra de visualiser la dynamique de toutes les protéines présentes dans une cellule de levure unique, en obtenant plus de 430'000 images de haute résolution correspondant à 1.4 TB de données par jour. Il faut une équipe de chercheurs aux compétences diverses pour attaquer le développement de la technologie, la biologie fondamentale et les énormes quantités de données.
DynamiX a besoin de réunir des biologistes, des biologistes computationnels, des bioinformaticiens, des physiciens et des bioingénieurs pour couvrir l'étendue de savoir nécessaire. En outre, compte tenu de la nature intégrée de la recherche menée au sein de DynamiX, nos doctorants et post docs seront exposés à une grande variété de questions, ce qui leur permettra de rassembler une expertise quantitative et expérimentale dans plusieurs disciplines. Par dessus-tout, nous sommes convaincus qu'une approche de biologie systémique est absolument indispensable à la progression de notre compréhension fondamentale du fonctionnement des systèmes biologiques. Ce savoir va naturellement diffuser et se transformer en avantages pour le grand public à travers le développement de la médecine prédictive et préventive. Ces progrès seront avant tout dus à l'accroissement de notre compréhension du comportementdes systèmes biologiques et au développement de nouvelles technologies de pointes innovantes.
