Située au carrefour des mathématiques, de l’informatique, de la biologie et des statistiques, la bio-informatique est un domaine en pleine expansion. Dans cet article, nous vous racontons son histoire, des premiers pas de la génétique à nos jours, et vous montrons comment nous associons la bio-informatique aux biotechnologies pour produire des parfums et des fragrances à partir de micro-organismes.
La naissance de la bio-informatique.
Dans les années 1850, le biologiste autrichien Gregor Mendel posa les bases de l’hérédité et de la génétique moderne. En travaillant sur l’hybridation des végétaux et grâce à des expériences sur les pois, il affirma que lors de la reproduction, ce ne sont pas les caractères à proprement parler (comme la couleur des yeux) qui sont transmis, mais quelque chose d’autre qu’il désigna par le nom de « faktoren ». Près de 60 ans plus tard, en 1909, le généticien danois Wilhelm Johannsen donna à ces « faktoren » le nom de gènes.
À l’époque, les scientifiques ne disposaient pour consigner leurs données que de papier et de crayons. L’information circulait peu, les bases de données étaient très réduites et les échanges entre chercheur·euses n’avaient lieu qu’en de rares occasions. Il était très compliqué pour un·e scientifique de se baser sur les travaux d’un·e collègue pour élaborer ses propres protocoles.
Avance rapide à quelques décennies plus tard : la masse de données, d’études et de résultats d’expériences oblige à trouver de nouvelles techniques de traitement de l’information. Cet afflux nouveau de connaissance coïncide avec l’apparition des ordinateurs, qui sont rapidement utilisés pour analyser, calculer, compiler ou recouper un nombre croissant de données.
Le terme de bio-informatique est alors défini pour la première fois en 1970 par la biologiste néerlandaise Paulien Hogeweg et son collègue Ben Hesper. À l’époque, ils désignent la bio-informatique comme « l’étude des processus d’information dans les systèmes biologiques ».
La bio-informatique aujourd’hui.
Avec l’avènement d’internet à partir du milieu des années 1990, la quantité de données disponibles a littéralement explosé. Dans le même temps, les capacités de calcul des ordinateurs ont suivi (et suivent toujours) une courbe exponentielle. Si bien que la bio-informatique actuelle n’est plus vraiment celle décrite par Hogeweg et Hesper en 1970.
Aujourd’hui, la bio-informatique est devenue un domaine fondamentalement multidisciplinaire qui fait le pont entre des techniques d’analyse et de modélisation venant d’une part des disciplines numériques que sont les mathématiques et l’informatique, et d’autre part des connaissances des sciences de la vie comme la biologie, la chimie, la microbiologie, ou l’écologie environnementale.
Grâce à des programmes spécialisés, les bio-informaticien·nes tentent de résoudre des problèmes biologiques ou d’explorer, cartographier, optimiser des phénomènes du vivant. Si ces notions vous paraissent encore floues, restez quand même avec nous : plus tard dans cet article, nous vous montrerons comment nos BGeners utilisent la bio-informatique pour sélectionner les micro-organismes les plus aptes à produire des molécules odorantes destinées à l’industrie cosmétique.
Quelles formations pour devenir bio-informaticien·ne.
Tout comme leur domaine d’étude, la formation des bio-informaticien·nes a grandement évolué. Au début, les pionnier·res de la discipline étaient principalement des biologistes ou des informaticien·nes qui ont dû apprendre sur le tard les savoirs qui leur faisaient défaut. Mais rapidement les universités, reconnaissant l’importance grandissante de la bio-informatique, ont créé des cursus scientifiques dotés d’une double compétence et spécialement destinés à la formation des futur·es bio-informaticien·nes.
Actuellement, la plupart des formations à la bio-informatique sont de niveau master ou école d’ingénieur·e. Si cette voie professionnelle vous intéresse, vous pouvez découvrir tous les parcours de formation existants sur le site de l’Onisep.
Comment BGene utilise la bio-informatique.
« Les abeilles pilotent deçà delà les fleurs, mais elles en font après le miel, qui est tout leur, ce n’est plus ni thym ni marjolaine : ainsi les pièces empruntées à autrui, il les transformera et les fondra ensemble, pour en faire un ouvrage tout à lui. »
Montaigne. Les Essais. Livre I Chapitre 25
Cette métaphore illustre parfaitement ce que nous faisons au sein de nos laboratoires. D’une certaine manière, nous copions et collons en butinant différents organismes pour construire notre propre « miel » (les molécules odorantes dont nous vous avons parlé plus haut).
Dans la partie de nos installations appelée « La Fabrique », nos BGeners mettent en œuvre un ensemble d’approches bio-informatiques qui nous aident à conférer à des micro-organismes (comme les bactéries et les levures) des compétences que l’on retrouve dans d’autres organismes vivants (comme les plantes, les champignons ou d’autres micro-organismes). Nous pouvons ainsi apprendre à une bactérie à faire un colorant, un arôme ou toute autre molécule intéressante pour un industriel.
Mais le travail ne s’arrête pas là. En effet, nous allons plus loin que le simple copier-coller, car nous optimisons les compétences nouvelles que nous donnons à nos bactéries ou à nos levures.
Toujours perdu·e ? Voici un exemple de ce qu’il se passe sur le terrain :
- Nous sélectionnons des hôtes bactériens qui vont nous servir de châssis. Cette sélection se fait sur les micro-organismes les plus adaptés à la matière première ou à la molécule d’intérêt que nous souhaitons produire (que nous appelons la destination). Pour trouver les bons châssis, nous nous appuyons sur des bases de données publiques où sont référencées les caractéristiques chimiques, enzymatiques et métaboliques de centaines de milliers de micro-organismes.
- À l’intérieur du châssis, nous recherchons et modélisons des voies métaboliques nécessaires à la synthèse du produit recherché. Ces voies métaboliques sont les itinéraires possibles pour atteindre la destination évoquée plus haut. Pour réaliser ces simulations, nos spécialistes en bio-informatique utilisent des algorithmes spécifiques adaptés par BGene.
- Une fois ces voies métaboliques validées, nous les optimisons pour les rendre les plus efficientes possible (l’itinéraire le plus efficace) et les insérons dans le châssis.
- Puis, nous passons à la production dans « La Brasserie », la partie de notre laboratoire dédiée à la fermentation de précision.
Grâce à toutes ces techniques et au savoir-faire de notre équipe, BGene est mesure de proposer des alternatives aux parfums de synthèse issus de la pétrochimie.