Un atlas géant, sorte de « carte du vivant moléculaire », permettant de naviguer au sein des milliards de protéines différentes et qui pourrait permettre d'accélérer l'identification de nouveaux médicaments ? C'est ce que viennent de mettre au point les chercheurs du BioHub.

Selon cet institut biomédical de la Chan Zuckerberg Initiative - l'organisme créé par Mark Zuckerberg et son épouse, la médecin et enseignante Priscilla Chan -, cet atlas devrait contribuer à « ouvrir une nouvelle voie aux chercheurs pour concevoir des protéines et accélérer les découvertes scientifiques ».

Un moteur de recherche accessible aux chercheurs du monde entier

Certes, l'idée n'est pas nouvelle. En 2021, DeepMind, une société experte en intelligence artificielle détenue par Google, et l’EMB-EMI, l'Institut européen de bio-informatique, avaient créé AlphaFold, un atlas couvrant tous les règnes du vivant et qui comporte aujourd'hui 200 millions de structures protéiques différentes.

Mais l'annonce de BioHub est un pas vers l'avant encore plus important que celui fait à travers AlphaFold.

La base de données, nommée ESM Atlas, a été générée grâce à un outil d'intelligence artificielle particulièrement puissant nommé ESMFold2, un modèle de prédiction spécialisé dans les structures protéiques. Celui-ci a été entraîné à partir des données de séquences biologiques (génomique) accumulées depuis plusieurs décennies par la communauté scientifique mondiale : bactéries, virus, champignons, animaux, plantes... vivant dans tous les compartiments terrestres.

Cette IA aurait permis de générer plus de 1 milliard de structures protéiques en 3D et des milliards de séquences protéiques supplémentaires, dont la plus grande partie vient de ce que les biologistes appellent la matière noire biologique : espèces jamais cultivées ou décrites, micro-organismes inconnus, fragments d'ADN dont l'origine est incertaine... Donc, des protéines dont on ignore encore la fonction.

Pourquoi c’est une avancée majeure ?

Aujourd'hui, pour trouver une nouvelle molécule thérapeutique, il faut généralement compter 10 à 15 années. Avec cet atlas, les chercheurs pourraient identifier beaucoup plus rapidement des protéines impliquées dans une maladie, trouver des protéines analogues déjà connues et concevoir de nouvelles molécules (médicament) capables de se fixer sur une cible biologique, et ce d'autant plus que l'atlas serait « open source », c'est-à-dire ouvert et consultable gratuitement par les chercheurs du monde entier.

Selon un communiqué publié dans Nature, BioHub affirme avoir déjà validé expérimentalement certaines prédictions sur des cibles liées au cancer et aux maladies immunitaires.

Autre perspective apportée par ESM Atlas : il devrait permettre de concevoir des protéines, telles que des enzymes industrielles, des anticorps thérapeutiques (immunothérapie par exemple), des protéines capables de neutraliser un virus ou encore des molécules de thérapie génique. Enfin, dans le domaine de la recherche fondamentale, cette base de données pourrait faciliter la découverte de familles protéiques inconnues ou encore d'identifier de nouveaux systèmes biologiques potentiellement utiles.

L'idée derrière tout ça : parvenir un jour à créer des « cellules virtuelles », sortes de modèles prédictifs de cellules humaines entières, qui pourraient permettre aux chercheurs de simuler sur ordinateur l'effet d'un médicament, d'une mutation ou d'une infection avant même d'avoir réalisé des expériences in vitro ou sur des animaux.

Si cette annonce est particulièrement réjouissante, il faudra attendre un peu avant de parler de « révolution médicale ». Prédire une structure protéique n'est pas une preuve expérimentale. La base de données ESM Atlas ne remplacera pas le travail expérimental des chercheurs qui, lui, reste coûteux en temps et en énergie. Par ailleurs, sa supériorité sur AlphaFold devra être confirmée par des évaluations indépendantes.