Dicter les symptômes d’une maladie à un intelligence artificielle pour obtenir un traitement adapté et pour le moment cela ressemble à de la science-fiction, mais ces outils existent et sont appliqués en Espagne. La Fondation BBVA vient de décerner son prix Frontiers of Knowledge 2023 en biologie et biomédecine à trois pionniers de l’application de l’IA à la biomédecine. David Boulanger, Demis Hassabis Oui Jean cavalier ont passé des décennies à développer deux outils, AlphaFold2 Oui RoseTTAFoldqui permettent de connaître et d’anticiper le repliement des protéines, une fonction clé tant pour le développement que pour le traitement de multiples maladies.
« Le programme AlphaFold2 est le plus connu de nos jours en termes d’utilisation de l’intelligence artificielle pour la prédiction de la structure tridimensionnelle de la forme des protéines », explique Gonzalo Jiménez-Osèsbiologiste computationnel et chercheur principal du CIC BioGUNE de Bilbao. Son équipe a travaillé en parallèle avec celle de Baker à l’Université de Washington, où l’outil est né. RoseTTAFold: si le premier dénoue le comportement des protéines existantesla seconde peut les créer à la carte. Son nom, dérivé de l’égyptologie, fait référence au code qui permettait jusqu’alors de démêler les hiéroglyphes hermétiques.
« C’est ce qui me paraît le plus important : la être capable de créer des structures protéiques qui n’existent pas dans la nature parce qu’il n’y a pas eu la pression évolutive pour cela, avec des propriétés qui peuvent faire ce que nous voulons au fond », poursuit Jiménez-Osés. Le chercheur le définit comme la « fermeture du paradigme », qui permet d’expliquer le fonctionnement de l’existant protéines et de planifier les futures de manière tridimensionnelle : « On peut prédire comment elle va se situer dans un certain tissu pour interagir avec une dynamique thérapeutique, ou comment créer un nouveau matériel pour interrompre l’infection du virus de la grippe« .
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Pourquoi est-il si difficile de déterminer comment les protéines vont se replier avec des moyens traditionnels, alors même que l’on connaît leur génome et l’ordre des acides aminés qui les composent ? « Les facteurs qui régissent ce repliement échappent aux trois dimensions de l’espace », explique le biologiste computationnel. « Si nous devions lui attribuer un numéro N, ce nombre serait très, très élevé. » L’intelligence artificielle peut à la place essayez des combinaisonscomme un « enfant apprenant à marcher », et finissent par offrir des résultats prédictifs très fiables.
Plus important encore, tout ce que l’on apprend est stocké dans une énorme base de données qui aidera les recherches futures et augmentera sa précision. « Des milliers de chercheurs ont fourni des séquences génétiques de toutes les protéines de tous les micro-organismes et des structures tridimensionnelles de très haute qualité expérimentale. Les algorithmes intelligents en tirent des enseignements de telle manière qu’en quelques minutes, vous pouvez obtenir une qualité de structure aussi bonne que dans un expérimental mais avec un coût et un temps beaucoup plus abordables ».
Le laboratoire de Chimie Computationnelle du CIC BioGUNE. CIC BioGUNE
Si abordable que si les calculs avec des millions de protéines nécessitent encore des superordinateurs, les outils peuvent être utilisés dans un ordinateur portable « sans trop de soucis. Vous n’avez pas non plus besoin de plus d’infrastructure que les cartes graphiques qui accélèrent les jeux vidéo, ou de connaissances en programmation au-delà du langage Python de base. « Et la cerise sur le gâteau : tout est en ligne», se réjouit González-Osés. « Vous pouvez aller sur une page web, taper la séquence d’acides aminés, et télécharger en quelques minutes la structure d’une protéine pratiquement parfaite. C’était impensable il y a quelques années. »
nouvelles applications médicales
Pendant son séjour à l’Université de Californie à Los Angeles -où a collaboré avec Frances Arnold, l’un des lauréats du prix Nobel de chimie 2018, González-Osés avait également une ligne directe avec l’équipe de Baker. « Je suis chimiste de profession et j’ai toujours été fasciné par la possibilité de concevoir des enzymes avec une fonction biologique non naturelledes biocatalyseurs qui libèrent sa capacité intrinsèque dormante ». Grâce à cette intervention, le corps d’un patient atteint d’une maladie due à une mutation qui interfère avec le repliement des protéines de son corps pourrait être « recyclé ».
C’est le cas du Ataxie de Friedreich, une maladie héréditaire qui est traitée par le laboratoire de biologie computationnelle du CIC BioGUNE. Un autre axe est le développement de biocapteurs pour les tests d’urine qui détectent les maladies pour lesquelles il n’existe pas encore de marqueur. Mais ce n’est que le début : le groupe de Jumper travaille sur un vaccin contre le paludisme et Baker’s ont réussi à concevoir avec ces outils un vaccin contre le covid utilisé en Corée du Sud et anticorps neutralisants contre le virus de la grippe. « L’anticorps reste une protéine », rappelle le chercheur.
Et que dire de la alzheimer, la maladie la plus célèbre produite par une altération du repliement des protéines tau et bêta-amyloïde ? C’est l’un des domaines les plus compliqués, explique-t-il, en raison des accumulations de protéines mal repliées et de la tendance à l’agrégation dans le cerveau qui se produit au fur et à mesure de sa progression. « Si vous introduisez la séquence protéique dans AlphaFold2, ils ne vous donneront pas la structure qui sera ajoutée plus tard. Cela vous donnera la forme stable que vous avez dans l’organisme. » Prédire la formation de ceux « structures désordonnées » est l’un des défis que l’intelligence artificielle doit relever.
Structure tridimensionnelle de la protéine Galectine-4 par rayons X (à droite) et prédiction computationnelle (à gauche). CICbioGUNE
L’Espagne est « relativement bien positionnée » dans cette course technologique à la nouvelle médecine, évalue Jiménez-Osés, mettant en avant le supercalculateur MareNostrum de Barcelone. La précarité plane pourtant sur ces projets comme sur tant d’autres. « L’Espagne souffre de beaucoup de carences, il n’est pas si facile de maintenir une carrière de chercheur, pour des jeunes formés à l’étranger de revenir ou de monter un groupe de recherche. Ce n’est pas non plus une question d’argent, mais de mentalité: essayer de donner aux chercheurs certaines facilités et certains financements, et avoir un réseau solide qui leur permette de passer de la parole aux actes », conclut-il.
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