Le JACS Au a juste publié un point de vue invité du Dr Saer Samanipour et de son équipe sur le défi de taille que représente la cartographie de tous les produits chimiques qui nous entourent. Samanipour, professeur adjoint à l’Institut Van ‘t Hoff des sciences moléculaires de l’Université d’Amsterdam (UvA), dresse l’inventaire des connaissances scientifiques disponibles et conclut qu’actuellement, une véritable gestion proactive des produits chimiques n’est pas réalisable.
Pour vraiment comprendre l’univers chimique vaste et en expansion, Samanipour préconise l’utilisation de l’apprentissage automatique et de l’IA, en complément des stratégies existantes de détection et d’identification de toutes les molécules auxquelles nous sommes exposés.
Dans le jargon scientifique, l’ensemble de toutes les molécules auxquelles nous sommes exposés est appelé « l’espace chimique de l’exposome » et il est au cœur des efforts scientifiques de Samanipour. Sa mission est d’explorer ce vaste espace moléculaire et de le cartographier jusqu’aux recoins les plus « reculés ». Il est animé par la curiosité, mais plus encore par la nécessité.
L’exposition directe et indirecte à une multitude de produits chimiques, pour la plupart inconnus, constitue une menace importante pour la santé humaine. On estime par exemple que 16 % des décès prématurés dans le monde sont liés à la pollution.
L’environnement en souffre également, comme en témoigne par exemple la perte de biodiversité. Selon Samanipour, on peut affirmer que l’humanité a dépassé l’espace opérationnel sûr pour l’introduction de produits chimiques fabriqués par l’homme dans le système de la planète Terre.
L’approche actuelle est par nature passive
« Il est plutôt décevant que nous en sachions si peu sur ce sujet », dit-il. « Nous en savons peu sur les produits chimiques déjà utilisés, et nous ne savons pas non plus si nous pouvons suivre le rythme des nouveaux produits chimiques qui sont actuellement fabriqués à un rythme sans précédent. »
Dans une étude précédente, il estimait que moins de 2 % de tous les produits chimiques auxquels nous sommes exposés avaient été identifiés.
« La société aborde cette question de manière intrinsèquement passive et, au mieux, réactive. Ce n’est qu’après avoir observé certains effets de l’exposition aux produits chimiques que nous ressentons le besoin de les analyser. Nous tentons de déterminer leur présence, leurs effets sur l’environnement et la santé humaine, et nous essayons de déterminer les mécanismes par lesquels ils causent des dommages.
« Cela a entraîné de nombreux problèmes, le dernier en date étant la crise des produits chimiques PFAS. Mais nous avons également constaté des problèmes majeurs avec les retardateurs de flamme, les PCB, les CFC, etc. », ajoute-t-il.
De plus, les mesures réglementaires visent principalement les produits chimiques dotés d’une structure moléculaire très spécifique et produits en grandes quantités.
Samanipour déclare : « Il existe un nombre incalculable d’autres produits chimiques dont nous ne savons pas grand-chose. Et ils ne sont pas seulement fabriqués par l’homme ; la nature produit également des produits chimiques qui peuvent nous nuire. Par des voies de synthèse purement naturelles ou par la transformation de produits chimiques fabriqués par l’homme. »
Selon Samanipour, cette dernière catégorie a été systématiquement négligée. « Les méthodes conventionnelles n’ont répertorié qu’une fraction de l’exposome, négligeant les produits de transformation et donnant souvent des résultats incertains. »
Nous avons besoin d’une approche basée sur les données
L’article de JACS Au passe en revue en détail les derniers efforts de cartographie de l’espace chimique de l’exposome et discute de leurs résultats. L’un des principaux obstacles est que l’analyse chimique conventionnelle est biaisée en faveur des structures connues ou proposées, car cela est essentiel pour interpréter les données obtenues avec des méthodes analytiques telles que la chromatographie et la spectrométrie de masse (GC/LC-HRMS). Ainsi, les produits chimiques les plus « inattendus » sont négligés. Ce biais est évité dans l’analyse dite non ciblée (NTA), mais même dans ce cas, les résultats sont limités.
Au cours des cinq dernières années, 1 600 produits chimiques ont été identifiés tandis que chaque année, environ 700 nouveaux produits chimiques sont introduits sur le seul marché américain.
Samanipour déclare : « Lorsque vous prenez en compte les produits de transformation potentiels de ces nouveaux produits chimiques, vous devez conclure que la vitesse des études NTA est beaucoup trop lente pour pouvoir rattraper leur retard. À ce rythme, notre exposition chimique continuera à rester inconnu. »
L’article répertorie ces goulots d’étranglement et bien d’autres encore dans la science analytique actuelle et suggère des moyens d’améliorer les résultats. En particulier, l’utilisation de l’apprentissage automatique et de l’intelligence artificielle fera vraiment avancer le domaine, affirme Samanipour.
« Nous devons adopter une approche fondée sur les données, qui s’articule autour de plusieurs axes. Tout d’abord, nous devons intensifier nos efforts d’exploration de données pour extraire des informations des bases de données chimiques existantes. Les relations déjà enregistrées entre la structure, l’exposition et les effets des produits chimiques identifiés nous permettront d’obtenir de nouvelles informations. Elles pourraient par exemple nous aider à prédire les effets sur la santé de produits chimiques apparentés qui ne sont pas encore identifiés », a-t-il déclaré.
« Deuxièmement, nous devons effectuer une analyse rétrospective des données analytiques déjà disponibles obtenues avec des méthodes établies, élargissant ainsi l’espace chimique identifié. Nous y trouverons certainement des molécules qui ont été négligées jusqu’à présent. Et troisièmement, nous pouvons utiliser l’IA pour travailler sur la compréhension la structure et la portée de l’espace chimique de l’exposome.
Bien sûr, tout cela est une question très complexe et intimidante, se rend compte Samanipour. Mais en tant que sorte d’astronaute dans l’espace moléculaire – tout comme les explorateurs de l’univers factuel – il ne se laissera pas décourager par cette complexité. « Nous devons travailler dur pour résoudre ce problème. Je n’ai aucune illusion sur le fait qu’au cours de ma carrière scientifique, nous serons capables de cartographier entièrement l’espace chimique des exposomes. Mais il est impératif que nous affrontions sa complexité, en discutions et prenions les premières mesures pour obtenir pour y faire face », ajoute-t-il.
Plus d’information:
Saer Samanipour et al, Exploration de l’espace chimique de l’exposome : jusqu’où sommes-nous allés ?, JACS Au (2024). DOI: 10.1021/jacsau.4c00220