Ma vie, mon métier.... : Phylogénéticien !
Par Evelyne Duvernois le lundi 11 février 2008, 15:21 - Ma vie, mon métier... - Lien permanent
Pour continuer notre série "Ma vie, mon métier..." débutée ici, je vais vous parler aujourd'hui d'une des facettes que je préfère dans la bioinformatique/génomique : la phylogénie ou comment remonter le temps grâce à l'ADN...
L'ADN, mais qu'est-ce que c'est que cette bête là ???
L'ADN ou Acide DesoxyriboNucléique est une molécule contenue dans toutes les cellules des être vivants, des plantes aux animaux, en passant par les bactéries. Cette molécule a la particularité de détenir ce que nous, biologistes, appelons l'information génétique. En effet, au sein d'une même espèce, par exemple l'homme, l'ADN entre individus est quasi semblable mais possède des différences qui peuvent nous permettre d'identifier un individu plutôt qu'un autre... Seuls des vrais jumeaux ont le même ADN...
L'ADN est constitué de 4 éléments qu'on appele bases azotées : adénine A, thymine T, guanine G et cytosine C... (Il existe une autre base Uracile U mais présente dans une autre molécule appelée ARN...). Ces bases s'associent 2 à 2 (A avec T et G avec C) et forment la structure très connue de l'ADN en double hélice...
Dans les cellules, l'ADN est "transcrit" en ARN (acide RiboNucléique) selon la règle : A donne T, T donne A, C donne U et G donne C...
Les acides aminés maintenant
Je suis sûre que beaucoup d'entres vous ont déjà entendu parler de acides aminés. Ce sont de petites molécules élémentaires, qui sont la base des protéines du corps. La création des acides aminés est régi par un code immuable qu'on appelle "code génétique" et qui permet d'associer une série de 3 bases azotées de l'ARN à un acide aminé...
Le rassemblement de ces acides aminés forment une protéine.
La phylogénie dans tout ça...
La phylogénie est l'art d'étudier les séquences protéines (la succession des acides aminés pour une protéine) au sein de plusieurs espèces pour retracer l'évolution de ces espèces. En effet, il faut considérer ici que les protéines ne sont pas figées. Au cours du temps, et le long d'espèces qui sont apparus, les séquences protéiques ont été modifiées, en remplaçant un acide aminé par un autre, ou encore en supprimant (ou insérant) toute un partie de la séquence.
En étudiant les séquences, les phylogénéticiens peuvent remonter l'histoire de la séquence et donc l'histoire de l'évolution...
Les missions du phylogénéticien
La mission principale est bien évidemment de retracer l'histoire évolutive d'espèces différentes. Mais cela passe par plusieurs étapes :
- Récupérer les séquences protéiques : les séquences protéiques sont trouvées soit directement sur des banques de données publiques telles que le NCBI ou UniProtKB. Toutefois, pour certains organismes, les protéines ne sont pas toutes découvertes. On se réfère alors à l'ADN que l'on va traduire en protéine.
- Aligner les séquences : Les séquences seules ne suffisent pas. En effet, et du fait des insertions / délétions de parties de séquences (voir plus haut), le phylogénéticien doit aligner toutes les séquences à étudier. Cela passe par des outils automatiques tels que ClustalW mais tout alignement doit être revu à la main.
- Lancement des calculs et génération des arbres : Une fois les alignements obtenus, il faut lancer des calculs sur les séquences, calculs régi par des lois de probabilité (maximum de vraisemblance, lois bayésiennes...). Ces calculs permettent d'établir ce qu'on appelle une distance entre les séquences c'est-à-dire définir quelle séquence est plus proche de quelle autre... et ainsi de suite. Une fois ces distances calculées, des logiciels permettent de représenter le résultat sous forme d'arbre...
- Interprétation des arbres : Le vrai travail commence à cette étape où le phylogénéticien interprète les résultats et donc les arbres. Suivant les calculs réalisés, les arbres sont différents. Il peuvent représenter une distance évolutive (gamme de temps) ou simplement une topologie (organisation visuelle).
Pourquoi ces études sont-elles importantes ?
L'étude de la phylogénie permet de comprendre comment les protéines ont évoluées, et surtout comment les espèces ont évoluées entre elles. L'idée est souvent que l'évolution est linéaire entre individu et entre protéine. Or, l'étude de la phylogénie montre que ce n'est pas le cas. Elle montre aussi que des protéines évoluent dans une espèce plus vite que d'autres, ce qui est lié à ce qu'on appelle la pression de sélection.
La phylogénie nous permet de comprendre pourquoi certaines protéines ont été sélectionnées par la nature plutôt que d'autres, pourquoi des organismes se sont éteints, pourquoi ils ont une caractéristique physique plutôt qu'une autre.
Plus près de nous, cela nous permet aussi de combattre certaines pathologies en attaquant des protéines ciblées du pathogène (bactérie, virus, parasite...) en sachant que les protéines humaines ne seront pas touchées car différentes...
source du code génétique :
--> google sous la requête "code génétique"
--> récupération sur le site de l'Université de Sherbrooke, relatif à la biochimie des protéines
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Commentaires
Passionnant billet.
Juste, deux, trois questions: à quand remontent les programmes utilisés pour obtenir les calculs sur la génération des arbres?
Ton tout dernier paragraphe: je ne comprends pas très bien?
Et enfin, connais-tu les travaux de Kupiek?
Les calculs de génération d'arbre que je présente ici sont assez anciens, et se fondent sur des méthodes statistiques "anciennes"...
L'inférence bayésienne se base sur le théorème de Bayes qui date de fin 18ème Siècle. Le maximum de vraisemblance a été développé au début du XXème siècle.
Par contre, je ne sais pas de quand date leurs applications à la génération des arbres phylogénétiques, mais je dirais que c'est assez récent, comme la phylogénie. Il faut aussi considéré que je parle ici de méthodes "classiques" et que d'autres sont développées chaque jour...
Ce tout dernier paragraphe était une ouverture, et je simplifie ici grandement les choses... Avec la phylogénie, il est possible de retrouver l'histoire évolutive des protéines. Si on considère un virus qui attaque un homme, des protéines virales sans aucune histoire "humaine" (pas trouver dans le génome de l'homme) pourront être la cible de médicaments. Le résumé est très rapide et les puristes m'en voudront sans doute mais c'était surtout pour indiquer que la phylogénie est une science qui peut aider la médecine, du moins dans une certaine mesure...
Pour Kupiek, est-ce que tu parles de Jean-Jacques Kupiec ? Biologiste ayant écrit sur la théorie de l'évolution ?
Si oui, effectivement, je connais un peu... mais peu... Je crois savoir qu'il propose que le hasard joue un rôle dans l'évolution. Sa théorie est fondée surtout sur le développement embryonnaire, et je n'en ai fait que peu dans mon cursus universitaire. Je dois donc admettre que mes connaissances sont loin d'être suffisantes pour adhérer à l'une des deux parties ici, d'autant plus que je n'ai pas lu les écrits de Kupiec.
Toutefois, je suis partisane du fait que la biologie est loin d'être une science immuable et que c'est par le développement de théories que la science avance... Alors pourquoi pas, à lire ! :D
Merci Evelyne d'avoir répondu si précisemment.
Oui, je parlais de JJ Kupiec; si tu as l'occasion de le lire, c'est très intéressant; et il travaille avec un informaticien sur la théorie qu'il développe; je ne veux pas te dire de bêtises, je reviendrai avec une info précise!
Bonjour,
C'est Véro qui m'a signalé votre blog, afin que je vous dise l'importance de l'informatique dans les travaux de Kupiec. D'abord, et je ne vous apprendrais rien, ils ne le sont pas plus chez lui que dans l'ensemble des recherches en biologie ou autres -voir BleuGene/P le supercalculateur que vient d'acquérir le CNRS-. Dans le cas de Kupiec, comme dans de nombreux cas en recherche fondamentale, l'importance réside dans la possibilité d'élaborer des simulations à partir d'un modèle (c'est bien le travail de BlueGene/P). Je vous renvoies à la publication du colloque annuel de 2007, que nous tenons chaque années à l'ENS. Publié par les éditions Syllepse ; il portait justement sur la modélisation en biologie. Dans le cas de JJK, la simulation informatique élaborée avec un physicien du CNES, a tout simplement permis de "vérifier" la validité du modèle "hasard sélection" et "l'expression stochastique du gène", que JJK trimbale dans sa tête et dans ses travaux depuis 30 ans, sans avoir eu jusque là les moyens financiers de le tester en labo. Je ne vous apprendrais rien en rappelant qu'une simulation informatique ne remplace pas la paillasse et ne peut que permettre l'élaboration d'un protocole expérimental en laboratoire. C'est d'ailleurs ce qui se passe dans plusieurs labos dans le monde, depuis que JJK a publié son article rendant compte des résultats de la simulation. Voilà. Si vous voulez plus d'information sur le travail de JJK, n'hésitez pas à me solliciter.
Bonjour,
Je ne sais pas si c'est un espace de discussion privé...
J'avais assisté il y a 2 ans à la présentation des travaux de JJ Kupiec sur Paris; Après la parution de l'article "Modeling embryogenesis and cancer: an approach based on an equilibrium between the autostabilization of stochastic gene expression and the interdependence of cells for proliferation" dans Prog Biophys Mol Biol. 2005 Sep;89(1):93-120, il parlait d'entamer des validations expérimentales de son modèle de hasard-sélection. Pour ma part, j'ai trouvé tout cela très intéressant.
Quand on parle de la théorie Darwinnienne de l'évolution, on se place à des ères géologiques non accessibles à l'expérimentation, et finalement, même si la théorie fait consensus dans la communauté scientifique, la démarche scientifique de validation reste impossible. C'est peut-être en cela que cette démonstration au niveau moléculaire de la validité ou plutôt "viabilité" du modèle de hasard-sélection est d'un intérêt majeur dans le cadre de la théorie de l'évolution. ... Même si l'on admet que la complexité des êtres vivants n'a d'égal que la complexité des mécanismes mis en jeu.
Ce modèle est aussi très informatif lorsque l'on aborde les mécanismes mis en jeu dans les processus de différentiation cellulaires, l'exemple par excellence étant l'embryogenèse. En fait, en réfléchissant à l'époque à cela, j'y voyais l'explication plausible de certaines observation telles que la différentiation des cellules T, qui à leur état naif expriment les récepteurs de chimiokines et marqueurs de voies de différentiation Th1 ET Th2, puis au fur et à mesure de leur différentiation, se "stabilisent" en réprimant l'une des 2 voies... Y'a pleins d'exemples comme ça.
En fait, je suis en train de finir ma thèse et suis en recherche d'un post-doc avec qq idées de recherches fondamentales, et d'être tombée sur votre site, ben, ça donne qq idées... (Merci). Je laisse mon adresse email au cas où, car je suis intéressée par l'avancée de ses travaux
Merci Robert et S. pour vos commentaires qui font sens... Je ne vois qu'une conclusions à vos commentaires : il va vraiment falloir que je me penche sur les travaux de JJK un peu plus sérieusement.
Il est vrai que je ne fais pas de phylogénie pour le moment, et que donc j'ai laissé ce domaine dans un coin de ma tête. Toutefois, et pour mon plaisir personnel, je vais dès que possible sortir les publi de JJK et comprendre un peu mieux tout son travail...
Merci encore à vous 2...
Pour S., je ne sais pas sur quoi porte exactement votre thèse mais je me ferais un plaisir de communiquer votre mail à qui pourrait vous proposer un post-doc.
Bonjour Evelyne,
Je partage votre intérêt pour le sujet, même si ça n'est pas (encore) mon domaine de prédilection. Ma thèse porte sur les mécanismes inflammatoires (vaste sujet) dans le cancer et les maladies autoimmunes. Je m'oriente pour ma recherche de post-doc sur des approches globales et transversales en biologie des systèmes (modélisation, émergence, auto-organisation...) : j'aimerais avoir une forte formation en biologie théorique pour à terme travailler dans une équipe pluridisciplinaire.
Je suis également sur la région Rhône-Alpes. Concernant vos recherches, avez-vous été voir du coté de Hélix-bioinformatique?
JJK va bientôt publier un nouvel opus sur ses travaux. Il m'a fait l'honneur d'en être le premier lecteur mais il m 'a demandé la discrétion. Donc à suivre, publication à l'automne. Sinon, à l'ENS, s'est tenu fin janvier un colloque passionnant et riche dont l'intitulé était "Le hasard au coeur de la cellule". Les actes de ces colloques sont généralement publiés un an après chez Syllepses. L'année dernière c'était "Modèles, simulations, systèmes" et les actes ont été publiés en février de cette année, toujours chez Syllepses. http://www.syllepse.net/
Merci beaucoup pour l'info Robert. Je vais regarder tout ça dès que ça sera sorti...
Je suis pour le moment trop "overbookée" pour pouvoir me pencher sur le sujet avec suffisamment de concentration mais dès que cette période se calme, je m'y intéresserai avec le plus grand plaisir.
Bonjour Robert,
Est-ce que vous sauriez si JJK fait des travaux expérimentaux? (cf. possibilité de post-doc en biologie)
Merci. S
1. Pour Evy et les autres, je vous conseille de faire un tour sur le blog (nouveau) de Thomas Heams. Thomas est un jeune biologiste (dont JJK était le directeur de thèse) plein de talent, de finesse et de bonne humeur. Son blog est à la fois sérieux sur le plan scientifique et plein d'humour. http://www.mediapart.fr/club/blog/t...
2. Pour S. A ma connaissance, JJK n'a pas à proprement parlé fait des travaux expérimentaux à partir de son nouveau modèle, si ce n'est la simulation qui a permis la publication de l'article que vous citez. Et si j'ai bien suivi, la thèse de Thomas tournait autour des travaux de JJK. Par contre des chercheurs en France et ailleurs ont commencé depuis à expérimenter, notamment un chercheur du côté de Toulouse. Vous pouvez toujours contacter JJK à l'ENS (Centre Cavaillès). C'est un type charmant, une espèce de professeur Tournesol qui fait pas loin de 2 mètres de haut, avec un humour décalé et parfois corrosif. Bien que je le considère comme un Copernic de l'embryogénése, (il sait que je pense ça de lui, c'est un de nos sujets de conversations favoris) il est abordable, humainement c'est un bon gars et il fait de très bons sandwichs juifs d'Europe centrale (c'est ce qu'il me fait à manger chaque fois que je vais papoter avec lui à midi. J'aimerais bien autre chose mais bon, ça lui fait plaisir !) . Quand son nouvel opus sortira (à l'automne sans doute) je préviendrais; Je viens de relire le manuscrit, avant de lui en rendre compte, je peux dire sans déflorer que ça va faire du bruit dans les labos et pas seulement de biologie.
Je suis heureuse d'avoir de ses nouvelles (à JJK). J'espère qu'il trouvera l'équipe et les financements pour faire ces travaux qui sont d'un grand intérêt. Passez lui le bonjour de ma part (Saloua Zrioual) : il comprendras
Je viens de déjeuner avec lui. je lui ai parlé de votre demande. Contactez-le (kupiec@canoe.ens.fr). Oui je suis au tel avec lui, il se souvient de vous.