Chercher l'origine de la vie et en comprendre les mécanismes est le but de recherches de plus en plus nombreuses suscitant crainte et enthousiasme.
De nouvelles disciplines ont vu le jour au fil des années et des progrès de la science. La biologie des systèmes vise à modéliser le fonctionnement de systèmes vivants, la biologie de synthèse vise à concevoir des systèmes fondés ou inspirés du vivant et dotés de fonctions absentes dans la nature.
Aujourd'hui la biologie de synthèse pose de nouvelles questions, sur ses objectifs, ses applications, ses limites et son impact sur la société.
Markus Covert rentre en vélo chez lui et en réfléchissant à un problème qui le tracasse depuis quelques années : simuler la vie, et la biochimie qui la rend possible, avec un logiciel ! Cela permettrait tant d'avancées dans des domaines divers, de temps gagné et de pertinences dans des recherches aléatoires. De nombreuses tentatives avaient échouées devant des difficultés insurmontables. Ce soir là, en pédalant mais sans crier eurêka, il eut l'idée de prendre comme modèle un microbe unicellulaire unique. Limité à une cellule le problème serait simplifié !
Jusqu'alors les tentatives de simulations portaient sur des colonies de cellules, les avancées en biotechnologie et en informatique ayant facilité l'étude de cellules isolées les outils existaient de tenter une approche différente.
Modèle : la bactérie Mycoplasma genitalium.
Le lendemain il se mit à l'écriture de quelques-uns des processus biologiques de la cellule en question. En quelques jours plusieurs modules virent le jour, chacun représentant un processus spécifique et produisaient des résultats semblant réalistes.
La plupart des biologistes auxquels ces travaux furent soumis pensèrent que l'idée était irréaliste mais deux doctorants, Jonathan Karr et Jayodita Sanghvi rejoignirent le projet. Des dizaines de modules étaient à concevoir, étudiant près d'un millier d'articles pour calibrer des milliers de paramètres. L'entreprise promettait d'être passionnante mais de longue haleine s'inspirant des travaux de Harold Morowitz qui le premier s'était penché sur le sujet, affirmant qu'une expérience réalisable en laboratoire pouvait l'être sur un ordinateur.
Les séquenceurs et les équipements robotiques ont accéléré la recherches des pièces manquantes mais la masse d'informations sur l'activité des gènes n'explique pas (encore) la façon dont ces activités se combinent, raison pour laquelle malgré la découverte de gènes associés à de graves maladies il n'est pas possible, pour le moment, de concevoir des traitements curatifs. Le moyen de progresser dans cette compréhension est bien la modélisation cellulaire pour en décrypter le fonctionnement. Les expériences simulées accélérerait le rythme des découvertes.
C'est le défi que Covert a relevé. Trois problèmes étaient à résoudre : encore les fonctions importantes, trouver un cadre global pour intégrer ces fonctions et, enfin, fixer les limites de chacun des 1700 paramètres du modèle. En ce soir d'hiver, tout en pédalant, il eut l'idée exprimée plus haut. Réunissant des physiciens, biologistes, modélisateurs et un ancien ingénieur informaticien de Google, le travail pouvait commencer sur les approches mathématiques à adopter.
Décision fut prise pour faciliter la recherche de créer un modèle de cellule entière constitué de 28 modules distincts, chacun utilisant l'algorithme lui correspondant le mieux. Les résultats furent long avant de progresser, le microbe cybernétique s'était divisé !
Les travaux sur Mycoplasma genitalium sont la première des nombreuses étapes à franchir pour modéliser les cellules ou tissus humain. Des améliorations sont à attendre et prendront du temps avant de se présenter, mais il n'y a pas si longtemps la modélisation de la plus simple des cellules était utopique. Le premier pas est fait, d'autres vont suivre, de nombreux mèneront dans des culs de sac, quelques-uns néanmoins trouveront leur chemin.
Un article ouvrant la porte sur un monde nouveau, riche de détails que je n'ai pas mentionné mais qui vous attendent. À lire et à relire. Je me pencherai prochainement sur d'autres aspects de la biologie du vivant.


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