Biologie des systèmes

Au cours des dernières années, il y a eu une explosion d'informations en biologie. La cartographie du génome humain a donné aux biologistes des détails sans précédent sur quelque 30 000 à 40 000 gènes. Des efforts sont également en cours pour identifier les milliers et potentiellement les millions de protéines codées par ces gènes. Les chercheurs poursuivent maintenant la prochaine étape logique dans l'intégration de toutes ces données : la biologie des systèmes.

L'objectif est de comprendre non seulement les fonctions des gènes individuels, des protéines et des molécules plus petites comme les hormones, mais aussi d'apprendre comment toutes ces molécules interagissent au sein, disons, d'une cellule. Les biologistes espèrent ensuite utiliser ces informations pour générer des modèles informatiques plus précis qui aideront à démêler les complexités de la physiologie humaine et les mécanismes sous-jacents de la maladie. Le plus gros gain : un développement plus rapide de médicaments plus efficaces. Cela ouvre vraiment un tout nouveau monde, une nouvelle façon de faire les choses, déclare Aram Adourian, directeur des technologies avancées chez Beyond Genomics, une startup de biologie des systèmes à Waltham, MA.

Cette histoire faisait partie de notre numéro de mars 2002

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Une poignée de groupes universitaires, de sociétés de biotechnologie et de sociétés pharmaceutiques adoptent cette nouvelle approche (Voir le tableau) . Le fabricant de produits pharmaceutiques Eli Lilly devrait ouvrir son nouveau Centre de biologie des systèmes à Singapour ce printemps. Le centre prévoit de dépenser 140 millions de dollars au cours des cinq prochaines années pour développer des médicaments plus efficaces en utilisant une approche systémique. A Seattle, le pionnier de la biotechnologie Leroy Hood a récemment fondé l'Institute for Systems Biology (voir Sous le capot de la biologie , ENFANTS septembre 2001) dans le but de mieux comprendre des systèmes complexes comme le système immunitaire, ainsi que des maladies comme le cancer. Beyond Genomics utilise la biologie des systèmes pour identifier de meilleures cibles moléculaires pour les médicaments contre les maladies cardiaques et collabore avec la société pharmaceutique Elan basée à Dublin, en Irlande, pour développer de nouvelles thérapies contre la maladie d'Alzheimer.

Traditionnellement, les chercheurs en médicaments peuvent identifier un gène activé ou désactivé chez les patients malades, puis développer un médicament qui régule ce gène ou la protéine pour laquelle il code. Mais de nombreuses maladies impliquent un certain nombre de gènes et de protéines différents, tous interagissant les uns avec les autres de manière unique. La biologie des systèmes, en examinant ces interactions complexes, pourrait mieux comprendre comment les maladies modifient les processus cellulaires. Cela pourrait aider les chercheurs à se concentrer plus efficacement sur les gènes ou les protéines cruciaux qui causent la maladie, et qui sont donc des cibles de choix pour de nouvelles thérapies. Les chercheurs pourraient également ajuster leurs modèles pour simuler plus précisément les effets d'un médicament potentiel avant de le tester sur des humains, ce qui permettrait aux entreprises d'économiser des millions de dollars.

La biologie des systèmes n'est devenue réalisable que récemment avec le développement d'une gamme de nouveaux outils de laboratoire, allant des méthodes sophistiquées d'identification des protéines aux logiciels d'exploration de données, qui permettent aux chercheurs de traiter des quantités massives de données. Beyond Genomics, par exemple, recueille des échantillons tels que du sang, des tissus ou du liquide cérébral, puis utilise un certain nombre d'outils analytiques récemment développés pour identifier les principaux gènes, protéines et molécules plus petites qui se comportent différemment chez les patients sains et malades. Et plutôt que d'identifier chaque type de molécule dans un échantillon - ce serait une tâche ardue, dit Adourian - la société se concentre uniquement sur celles qui semblent être impliquées dans la maladie.

Les nouvelles données sont ensuite combinées avec des informations provenant de bases de données publiques et introduites dans un ordinateur qui cartographie les interactions possibles entre les molécules. Cela permet à la société de repérer des molécules susceptibles de constituer de bonnes cibles pour de nouveaux médicaments en quelques semaines, contrairement aux années que pourraient prendre les méthodes traditionnelles.

Même une seule cellule est un système extrêmement complexe rempli de milliers de molécules que les chercheurs n'ont pas encore identifiées. Et il pourrait s'écouler plus d'une décennie avant que la biologie des systèmes soit capable de construire un modèle précis de tous ces éléments en interaction dans une cellule. Pourtant, à mesure que l'approche évolue et que les bases de données sur les gènes, les protéines et d'autres facteurs continuent de croître, les chercheurs se rapprocheront de cet objectif et même une compréhension partielle pourrait grandement aider le processus de découverte de médicaments. Je pense qu'il existe des opportunités très intéressantes en biotechnologie pour les entreprises qui s'attaquent correctement à la biologie des systèmes, déclare Hood, reconnaissant les défis techniques inhérents à cette recherche à multiples facettes.

A terme, les chercheurs aimeraient se pencher sur des systèmes encore plus complexes que la cellule. Un jour, la biologie des systèmes permettra peut-être de modéliser un organe, comme un cœur, et finalement tout un organisme. Ensuite, le terme de guérison holistique prendrait un tout nouveau sens.

La grande image
Entreprises exploitant la biologie des systèmes

Institut/Entreprise Emplacement Concentrer Institute for Systems Biology Seattle, WA Comprendre la physiologie et les maladies humaines Au-delà de la génomique Waltham, MA Cartographier toutes les interactions entre les protéines dans une cellule

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