Un modèle informatique du métabolisme humain
Des chercheurs de l’Université de Californie viennent de réaliser le premier modèle informatique du métabolisme humain. Disponible gratuitement depuis le site BIGG Database, ce modèle est un grand pas en avant pour la biologie des systèmes, et devrait permettre aux chercheurs de découvrir de nouvelles voies de métabolisation des médicaments, ainsi que de mieux comprendre les bases moléculaires à l’origine du cancer et d’autres maladies humaines.
Le métabolisme est un domaine d’étude de la biochimie fort complexe, reliant entre elles différentes étapes de transformation des molécules organiques, catalysées par des réactions enzymatiques. Ces processus biochimiques permettent à la fois de dégrader les nutriments en en briques élémentaires permettant la biosynthèse de nouvelles biomolécules, mais également de produire les réserves énergétiques nécessaires au bon fonctionnement de la cellule. Afin de mieux appréhender les interconnections de ces différentes voies, un modèle dynamique s’avérait nécessaire. Répondant à cette attente, le modèle informatique proposé par les chercheurs du laboratoire du Pr. Bernhard Palsson, est capable de connecter toutes les voies métaboliques connues chez l’Homme et de les associer aux gènes impliqués dans leur expression et leur régulation.
Des modèles similaires ont déjà été réalisés par le même laboratoire, chez des micro-organismes comme Escherichia coli ou la levure Saccharomyces cerevisiae. Ces programmes permettent à différentes équipes de réaliser des travaux d’ingénierie métabolique afin de produire du bio-éthanol ou encore des médicaments antimalariens. Ce nouveau modèle, basé sur le métabolisme humain, inclut toutes les voies métaboliques décrites et tous les gènes connus chez l’Homme, représentant un impressionnant travail de recherche bibliographique avant de programmer le modèle. Chaque gène de la base de données est associé à la protéine qu’il code, qui est elle-même associée aux différentes réactions métaboliques qu’elle assure dans la cellule. Enfin, chaque réaction métabolique est associée aux différentes voies métaboliques auxquelles elle prend part, ainsi qu’aux métabolites et sources énergétiques produits. Le modèle est bien entendu régulièrement mis à jour afin de prendre en compte les apports récents en matière de biochimie métabolique humaine.
Aviv Regev, bio-informaticien au Broad Institute (Cambridge), qualifie ce modèle « d’échafaudage sur lequel projeter des données » issues d’études de profils d’expressions de gènes. En effet, en utilisant les puces à ADN de type microarrays par exemple, il est possible d’identifier des différences dans les profils d’expression des gènes entre des individus sains et patients atteints d’une maladie. De telles données peuvent alors révéler quels gènes sont sur- ou sous-exprimées lors de la pathologie, et l’incorporation de ces données dans un modèle métabolique informatique permet de mettre en évidence quelles protéines et quelles voies métaboliques sont alors impliquées dans cette pathologie.
Ce modèle informatique représente donc une aide précieuse de traitement des données issues de la génomique fonctionnelle, et apportera certainement des résultats décisifs dans le domaine de la génétique médicale et de la pharmacogénétique.
