Biologie computationnelle et Biologie des systèmes

Emmanuelle Manck
02/11/2021
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Grâce aux apports du séquençage à haut débit et de la spectrométrie de masse, la recherche en oncologie génère des volumes de données considérables décrivant les tumeurs. La quantité et la précision des informations recueillies posent de nouvelles questions conceptuelles, et méthodologiques en biologie auxquelles tentent de répondre les chercheurs de l’Institut Curie. Pour cela ils conçoivent et utilisent des modèles mathématiques sophistiqués réclamant des capacités informatiques de haute performance.
image team Chavrier

A myoepithelium/basement membrane transmigration assay. A primary in situ tumor xenograft of MCF10DIS.com cells expressing MT1-MMPmCherry (red) has been digested to tumor organoids, composed of…

Génétique et transcriptomique, réseau et communications intra- et intercellulaires, tumeur et micro-environnement… Pour cette biologie des systèmes en plein essor, la bioinformatique se révèle nécessaire. Le Centre de recherche de l’Institut Curie compte des mathématiciens et des informaticiens qui, en collaboration avec des physiciens et des biologistes, développent des modèles et méthodes computationnelles permettant de traiter des sujets. Elle convoque aussi l’intelligence artificielle et le machine learning, pour laquelle le Centre de recherche dispose de ressources techniques, avec 5 pétaoctets de données stockées et 4000 kHz de puissance de calcul, mais aussi scientifiques, par son expertise en analyse des données en grande dimension et en modélisation des processus biologiques.

En associant les mathématiques à l’expérimentation, la biologie des systèmes et la biologie computationnelle dévoilent des mécanismes des cancers pour les combattre plus efficacement. Un modèle a ainsi été développé au Centre de recherche de l’Institut Curie pour traiter 400 millions de mesures réalisées sur des échantillons de tumeurs et lignées cellulaires porteuses de mutations liées au sarcome d’Ewing. Il a contribué à décrypter la tumorigénèse de ce cancer pédiatrique.

Le champ d’intervention de ces disciplines ne cesse de s’élargir grâce aux différentes échelles qu’elles peuvent aborder, et même associer. Au niveau cellulaire, elles autorisent notamment le traitement de données d’expression de différentes cellules au même moment ou de position des cellules dans un échantillon tumoral. Au niveau de l’organe ou du corps entier, les techniques d’imagerie donne une vue macroscopique de la tumeur. Au niveau du patient lui-même, dans une perspective holistique du cancer, elles permettent l’intégration des données de qualité de vie à celles de la survie dans l’évaluation des bénéfices d’un traitement. Au niveau des populations, elles peuvent nourrir les études épidémiologiques et contribuer à mieux prévenir les cancers.

La biologie computationnelle et la biologie des systèmes relèvent aujourd’hui un défi majeur : intégrer des millions de données de toutes dimensions et de toute provenance, depuis la biochimie du niveau moléculaire jusqu’aux images du corps entier dans un tout cohérent

Emmanuel Barillot, directeur de l’unité Cancer et génome : Bioinformatique, biostatistiques et épidémiologie des systèmes complexes (U900) et chef de l’équipe de recherche Biologie des systèmes du cancer.