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Pour modéliser le microbe le plus simple au monde, il vous faut 128 ordinateurs !

Par Alexis Madrigal 23 juillet 2012 (article source)

Ce qu’une simulation révolutionnaire par ordinateur nous apprend sur le futur des biotechnologies.

Parmi tous les organismes indépendants* au monde, Mycoplasma genitalium possède l’un des plus petits génomes, avec seulement 525 gènes. Ce génome ne représente qu’une portion de celui d’une autre bactérie comme E. coli, qui possède 4288 gènes. Le génome réduit de M. genitalium en a fait l’objectif premier des chercheurs de l’Institut Stanford et J. Craig Venter qui voulaient simuler un organisme par logiciel. 

Les bio-ingénieurs, conduits par Stanford’s Markus COVERT, ont réussi à modéliser la bactérie, et publié leur travail la semaine dernière dans le journal Cell. Ce qui est fascinant est la puissance dont ils ont eu besoin pour simuler partiellement cet organisme simple. Cela a necessité un ensemble de 128 ordinateurs travaillant pendant 9 à 10 heures pour générer concrètement les données concernant les 25 types de molécules impliquées dans les processus du cycle de vie de la cellule. 

Cela a un rapport direct avec une des grandes questions technologiques de ces 50 dernières années : quel va être le succès des biotechnologies? D’une part, nous avons réalisé d’incroyables progrès pour décrire les processus moléculaires qui sous-tendent la vie. Je ne veux pas seulement parler de génomique, mais aussi de l’ensemble des molécules et leurs interactions (voir: protéomique, métabolomique, épigénomique, transcriptomique). Ces nouveaux développements attestent d’où nous en sommes arrivés. Nous pouvons maintenant simuler les interactions cellulaires les plus connues : comment le code de l’ADN devient des protéines, comment ces protéines interagissent, et comment la cellule utilise l’énergie. 

D’autre part, la profondeur et la largeur de la complexité cellulaire se sont révélées presque incroyables et difficiles à gérer, même avec la Loi de Moore. Le modèle de M. genitalium nécessite la modélisation et l’intégration de 28 sous-systèmes individuels, et beaucoup ont critiqué ce projet sur Twitter en ce qu’il ne constitue qu’ une partie de ce qui sera finalement nécessaire pour considérer la simulation réaliste.

« Pour l’instant, effectuer la simulation d’une seule division cellulaire isolée demande 10 heures et génère un demi gigaoctets de données, » a déclaré au New York Times Covert, le responsable scientifique du projet. « Je trouve ce fait complétement fascinant, car je ne sais pas si quelqu’un s’est jamais demandé quel volume de données contient réellement quelque-chose de vivant. »

Une cellule. Une division. Un demi giga de données. Pensez maintenant que des millions de bactéries pourraient se loger sur la tête d’une épingle et que beaucoup d’entre elles sont plus complexes d’un ordre de grandeur que M. genitalium. Ou considérez que le corps humain est composé de 10 000 milliards de (grandes, complexes) cellules humaines, plus environ 90 000 ou 100 000 milliards de cellules bactériennes. Cela fait environ 100 000 000 000 000 cellules au total. Cela demanderait beaucoup d’ordinateurs pour le modéliser, non ? Enfin, si cela était possible.

Ce n’est pas le cas : je crois ce niveau de complexité biologique inaccessible à l’ingénierie humaine. Clairement, ce n’est pas le cas. Mais, il semble plutôt très difficile de manipuler ou d’optimiser des systèmes vivants sans conséquences majeures et indésirables. Nous pouvons seulement simuler l’une des cellules les plus simples au monde après des années de recherche, mais nous modifions sans difficulté des millions de milliards de milliards de cellules.

NDT : * organismes ni parasitaires ni symbiotiques

Traduction : Ph. David.  Alexis Madrigal est rédacteur en chef du journal The Atlantic, où il supervise les questions de technologie. Il est l’auteur de Powering the Dream: The History and Promise of Green Technology.