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Biologie in Silico
Les ordinateurs capables d'imiter la vie ont longtemps fait l'objet de cauchemars de science-fiction - pensez à The Terminator ou à HAL 9000 de 2001. Mais pour les chercheurs qui luttent pour donner un sens à de vastes quantités de nouvelles données biologiques, et pour les sociétés pharmaceutiques soucieuses de réduire les coûts et d'accélérer le développement , avoir des simulations informatiques précises de systèmes vivants est toujours un rêve. Pour réaliser ce rêve, ils se tournent vers la biologie in silico, construisant des modèles informatiques des processus complexes qui se déroulent à l'intérieur des cellules, des organes et même des personnes. Le but ultime : un organisme entier modélisé en silicium, permettant aux chercheurs de tester de nouvelles thérapies tout comme les ingénieurs pilotent de nouvelles conceptions d'avions sur des superordinateurs.
Pendant plus d'une décennie, les chimistes médicinaux ont essayé de rendre la découverte de médicaments plus rationnelle, en utilisant des ordinateurs pour simuler comment, par exemple, une nouvelle molécule de médicament se lie à un récepteur. Mais les modèles informatiques d'aujourd'hui vont bien au-delà de cela, tirant parti de données provenant de domaines allant du séquençage du génome aux essais cliniques pour examiner comment un médicament potentiel affecte des systèmes biologiques entiers. La création d'une cellule virtuelle ou, mieux encore, d'un patient cardiaque virtuel est toujours un travail en cours, mais même les premiers modèles pourraient commencer à réduire le coût énorme du développement de nouveaux médicaments.
Cette histoire faisait partie de notre numéro de mars 2001
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Selon les chiffres de l'industrie, l'utilisation de méthodes traditionnelles prend en moyenne 500 millions de dollars et 15 ans pour développer et tester un médicament ; Les technologies in silico pourraient économiser au moins 200 millions de dollars et deux à trois ans par médicament, selon un récent rapport de PricewaterhouseCoopers. L'une des raisons est que le processus de test de drogue - au cours duquel un composé est étudié chez l'animal, puis chez l'homme - est loin d'être efficace. Selon les statistiques de la Food and Drug Administration des États-Unis, les essais sur l'homme échouent pour 70 à 75 pour cent des médicaments qui y sont introduits. Certains essais échouent simplement parce que la dose est incorrecte.
Pour bien comprendre à quel point une telle approche par essais et erreurs peut être inefficace, Thomas Paterson, directeur scientifique d'Entelos, à Menlo Park, en Californie, fait cette comparaison : si Boeing développait des avions de la même manière que l'industrie pharmaceutique développe des médicaments, ils le feraient développer 10 avions très différents, les piloter, et celui qui ne s'est pas écrasé serait celui qu'ils vendraient à United Airlines. Ainsi, des entreprises comme Entelos et Princeton, Physiome Sciences du NJ développent des modèles informatiques qui peuvent être utilisés à la fois pour identifier des cibles moléculaires pour de nouveaux médicaments et également pour simuler des essais cliniques. Par exemple, Bayer, le géant pharmaceutique allemand basé à Leverkusen, utilise l'un des modèles d'Entelos pour évaluer un médicament potentiel contre les asthmatiques, en testant une variété de types de patients et de schémas thérapeutiques sur ordinateur.
Internet pourrait devenir un outil essentiel pour développer de tels modèles, permettant aux chercheurs de collaborer dans le monde entier. Physiome s'est donc associé au groupe de recherche en bio-ingénierie de l'université néo-zélandaise d'Auckland pour développer un langage informatique standard ouvert pour la modélisation biologique. Ce langage, appelé cellML, est disponible sur www.cellml.org . L'idée, explique le vice-président exécutif de Physiome, Thomas Colatsky, est que les chercheurs pourront créer des modèles dans un format commun et partager ces modèles via le Web.
Pourtant, beaucoup pensent qu'il est prématuré pour les chercheurs de médicaments de commencer à libérer leurs rats de laboratoire. Leslie Loew, membre du conseil consultatif de cellML et directeur du Center for Biomedical Imaging Technology du University of Connecticut Health Center, a rendu accessible sur le Web sa propre boîte à outils de modélisation : la Virtual Cell, à www.nrcam.uchc.edu . Dans cinq ans, prédit Loew, les logiciels de modélisation deviendront un outil de routine, peut-être indispensable, pour quiconque cherche à comprendre le fonctionnement des cellules. Mais, prévient Loew, il faudra encore de nombreuses années pour construire des modèles complets et très précis de cellules entières, sans parler d'organes ou d'organismes entiers. Et le professeur de bio-informatique Masaru Tomita, dont le groupe de l'université Keio de Fujisawa, au Japon, a mis son logiciel de simulation E-Cell sur le Web à www.e-cell.org-accepte . Alors qu'E-Cell vise à modéliser des cellules entières et, éventuellement, des interactions entre une douzaine de cellules ou moins, Tomita dit que modéliser quoi que ce soit de plus complexe serait un tout autre jeu de balle.