EDGE, l’algorithme israélien qui détecte les gènes toxiques

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Des chercheurs de l’Université de Tel-Aviv, en collaboration avec des scientifiques de l’Institut Weizmann, ont développé un algorithme informatique permettant de prévoir quels gènes métaboliques sont mortels pour les cellules lorsqu’ils sont surexprimés.

Les résultats, publiés dans la revue scientifique américaine Proceedings of the National Academy of Sciences, pourront aider les industries de la biotechnologie à produire de nouveaux produits de manière plus sûre et plus rentable.

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Fonctionnant comme de petites usines, les cellules du corps métabolisent les matières premières en les convertissant en composants chimiques. La biotechnologie utilise cette propriété fondamentale du métabolisme cellulaire en utilisant des micro-organismes pour produire des produits pharmaceutiques et des biocarburants. Pour stimuler la production à un niveau industriel et créer de nouveaux types de produits, ils manipulent le métabolisme naturel des micro-organismes, souvent en “sur-exprimant” certains gènes des cellules. Mais cette ingénierie métabolique est entravée par le fait que de nombreux gènes, lorsqu’ils sont surexprimés, deviennent toxiques pour les cellules.

C’est pourquoi Allon Wagner, Uri Gophna et le Professeur Eytan Ruppin de l’Ecole d’Informatique et du Département de Microbiologie moléculaire et de Biotechnologie de l’Université de Tel-Aviv, en collaboration avec des chercheurs de l’Institut Weizmann ont développé un nouvel algorithme qui permet de prévoir quels sont les gènes qui réagissent de manière mortelle lorsqu’ils sont surexprimés. “Les biotechniciens déterminent généralement de manière empirique quels sont les gènes qu’on peut sur-exprimer sans danger” explique Allon Wagner. “Nous pouvons leur économiser beaucoup de temps et de moyens financiers en leur permettant d’éliminer d’avance certaines possibilités et d’en privilégier d’autres”.

Le laboratoire du Professeur Ruppin construit des modèles informatiques de métabolisme cellulaire à grande échelle. Ces modèles, qui convertissent des données physiques, chimiques et biologiques en un ensemble d’équations mathématiques, permettent aux scientifiques de comprendre comment les cellules travaillent et de simuler leur réaction lorsqu’elles sont modifiées d’une certaine manière. Le nouvel algorithme, appelé EDGE (Expression Dependent Gene Effects), permet de prévoir ce qui se passe lorsqu’on manipule des cellules en sur-exprimant certains gènes, et de pronostiquer les cas où ceux-ci deviennent toxiques. Les biotechnologues peuvent alors diriger leurs efforts vers d’autres gènes.

Au cours de l’étude, les chercheurs de l’UTA ont sur-exprimé 26 gènes de la bactérie E.coli, en utilisant des outils de manipulation génétiques. Comparant les résultats de leurs simulations informatiques avec la croissance réelle des éléments mesurés en laboratoire, ils ont constaté que EDGE était capable de prévoir quels gènes surexprimés devenaient mortels pour E.coli. L’algorithme a également réussi à identifier des cas de gènes “étrangers” toxiques pour la bactérie.

D’après Wagner, les applications de l’algorithme pourraient aller bien au-delà de la biologie de synthèse, et inclure la médecine: “Bien que nous nous soyons pour le moment focalisé essentiellement sur la biotechnologie, la surexpression des gènes joue également un rôle central dans beaucoup de maladies, en particulier le cancer.”

 

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