Histoires de réussite - Histoires de réussite — 2003-2004

Le 19 juillet 2004 — Fredericton, Nouveau-Brunswick

BioMiner

En bref

Cette année, la technologie BioMiner de l’Institut de technologie de l’information du Conseil national de recherche du Canada (ITI-CNRC) s’est développée en une plate-forme qui a été utile dans divers projets d’envergure. Infrastructure d’extraction de données intégrée permettant de traiter et d’analyser les énormes sommes de données résultant de l’étude de la fonction des gènes et des protéines, cette technologie est actuellement l’un des éléments déterminants de la recherche en génomique et en protéomique. Les travaux qui ont abouti à ce résultat ont réuni des groupes de chercheurs de l’Institut, du CNRC et de centres de recherche de l’étranger qui ont mis au point des approches innovatrices pour dégager les connaissances que recèlent les ensembles de données. Ce projet démontre bien la philosophie que préconise le CNRC en matière de partenariat ainsi que les orientations stratégiques de l’ITI, en plus de représenter une approche de recherche plus intégrée et, ce qui est encore plus important, de jouer un rôle non négligeable dans l’amélioration des soins de santé en apportant des outils qui pourraient permettre de mieux diagnostiquer et de mieux soigner les maladies.

« Les logiciels mis au point dans le cadre du projet Biomine commencent à attirer l’attention de clients potentiels, même si aucune démarche de commercialisation n’a encore été ouvertement entreprise. Lorsqu’ils seront commercialisés, ces outils seront d’une très grande utilité pour les autres chercheurs, non seulement au Canada, mais dans le monde entier » explique la D^re Danica Stanimirovic, Directrice du programme de neurobiologie, à l’Institut des sciences biologiques.

L’infrastructure BioMiner

L’infrastructure BioMiner est le fruit du projet BioMine, entrepris en août 1999 pour répondre aux besoins de chercheurs de l’Institut des sciences biologiques du CNRC (ISB-CNRC) qui voulaient un outil pouvant traiter des données de biopuces afin d’étudier la fonction des gènes et des protéines. Or, une puce comprend quelque 20 000 gènes et, avec les progrès technologiques des dernières années, la recherche produit d’énormes quantités de données : aucun outil de traitement et d’analyse n’était aussi efficace et exact que les chercheurs de l’ISB-CNRC le voulaient.

C’est ainsi qu’ en collaboration avec l’ISB-CNRC, l’ITI-CNRC a commencé à examiner les besoins en extraction de données dans le domaine de la génomique ainsi que les techniques et outils existants. Après avoir constaté qu’il n’existait aucun outil pouvant remplir toutes les conditions nécessaires pour l’extraction des données de biopuces, l’ITI-CRNC a mis au point le logiciel BioMiner, un système intégré qui permet de traiter et d’analyser plusieurs types de données de génomique et de protéomique. Le logiciel BioMiner remplit trois fonctions fondamentales : l’identification des caractéristiques essentielles des données par pré-traitement, la recherche des relations significatives entre les cas et les objets et la distinction entre les objets de différentes classes. C’est un outil primordial pour déterminer la fonction des gènes et surveiller les effets de certains processus sur les gènes. Il permet de mettre en évidence les réactions des protéines en présence d’autres protéines et de composés pharmaceutiques, ce qui laisse entrevoir un avenir prometteur dans la recherche de nouveaux médicaments. Plus récemment, on l’a rendu capable de repérer des séquences biologiques chez l’humain, les levures et les vertébrés, ce qui permet de découvrir des petits éléments structuraux appelés facteurs de transcription (TF, pour transcription factor) qui se lient à des sites reconnaissables dans diverses protéines. Le TF active ou inhibe le processus par lequel commence l’expression génique. Grâce à cette nouvelle fonction, les chercheurs pourront mieux comprendre l’expression génique.

Le logiciel BioMiner a permis à l’ITI-CNRC de contribuer à l’Initiative en génomique et en santé (IGS) et de travailler en partenariat avec l’Institut des sciences biologiques (ISB), l’Institut de recherche en biotechnologie (IRB) et l’Institut de biotechnologie des plantes (IBP) du CNRC qui peuvent utiliser le logiciel BioMiner pour analyser leurs données de génomique et de protéomique. En retour, les instituts font leurs commentaires sur les fonctions et la conception du système BioMiner. Entre autres, le logiciel sert à l’analyse de l’expression génique dans la neurogenèse (ISB-CNRC), à l’analyse des réseaux de régulation de l’expression génique (ISB-CNRC), à l’identification des gènes de la maladie d’Alzheimer (ISB-CNRC), à l’analyse de la réponse génique dans les maladies des végétaux (IBP-CNRC), à l’identification de gènes des cellules mammaires (avec l’IRB-CNRC) et à la modélisation des maladies chez les souris transgéniques transformées au moyen du virus de l’hépatite C (Children’s Hospital of Eastern Ontario [CHEO] et ISB-CNRC); dans ce dernier projet, le logiciel a permis aux chercheurs de faire d’importantes percées.

Comme l’explique Marko Kryworuchko, scientifique de la Division de virologie à l’Institut-CHEO : « le Biominer et l’interaction de nos équipes pluridisciplinaires demeureront irremplaçables pour le traitement, l’analyse et l’interprétation de la multitude de données complexes que produisent nos travaux […] Notre approche continuera de produire des données en quantité et devrait aboutir à de nouvelles cibles pharmaceutiques et à de nouveaux marqueurs qui serviront à évaluer l’efficacité des produits thérapeutiques et des vaccins.  »

L’identification des gènes de la maladie d’Alzheimer a aussi donné des résultats très encourageants. Le système a trouvé 67 gènes associés à la maladie, alors qu’auparavant on n’en connaissait que 17. Ces résultats permettent de modéliser plus fidèlement la maladie, ce qui devrait accélérer la découverte de moyens efficaces pour la soigner, voire la guérir.

L’ITI-CNRC exploite les qualités de l’actuel BioMiner et propose le projet BioIntegrator, par lequel on veut créer un nouvel outil plus puissant pour la recherche en génomique et en protéomique. Il s’agit d’intégrer le Litminer, outil d’extraction de texte mis au point par le groupe d’information interactive de l’ITI-CNRC, et le BioMiner pour être à même de repérer les données importantes présentées sous forme de texte dans la documentation scientifique. Cette intégration permettrait d’enregistrer le compte rendu de toutes les expériences et de tous les travaux de recherche antérieurs, si bien qu’on pourrait contre-vérifier les résultats obtenus dans les divers champs de la recherche. On veut d’abord travailler à identifier les gènes et à comprendre leurs relations avec certains groupes de maladies et de gènes associés à des cibles pharmaceutiques potentielles dans les réseaux fonctionnels. Ces outils pourraient toutefois être adaptés aux besoins de champs de recherche très variés. Ce projet pluridisciplinaire illustre donc très bien l’orientation préconisée par l’ITI-CNRC en faveur de la mise en synergie des différents groupes de l’Institut. Ce nouveau fleuron de BioMiner sera aussi utile dans le cadre de l’IGS ainsi que dans le nouveau projet conjoint sur la conception d’un système biointelligent complet. Actuellement, dans le cadre d’un projet conjoint auquel participe cette année le Ministère de la science et de la technologie de l’Espagne (Ministerio de Ciencia Tecnología), le Centre national de la biotechnologie de Madrid (CNB, Centro Nacional de Biotecnología), le Centre national de recherche en oncologie de Madrid (CNIO, Centro Nacional de Investigaciones Oncológicas), l’ISB CNRC, l’IRB-CNRC et le CHEO, on travaille à réaliser cet objectif en mettant l’accent sur l’intégration de la génomique et de la protéomique, sur la recherche de connaissances automatisée en génomique et sur l’identification des réseaux régulateurs de gènes au moyen de données chronologiques. Cette nouvelle orientation en biointelligence, qui combine les principes de l’intelligence artificielle et les systèmes à base de connaissances, nécessite un travail de recherche approfondi en extraction de données automatisée ainsi que la maîtrise des principaux éléments des systèmes de soutien décisionnel intelligents. Il faut aussi organiser et diffuser les connaissances découlant des applications de la génomique et les intégrer à d’autres formes de connaissances, comme les documents cliniques et les renseignements sur les patients que peuvent déjà facilement fournir les organisations médicales, les laboratoires et les entreprises pharmaceutiques. Dans le cadre de cet ambitieux projet, on exploiterait le logiciel BioMiner de l’ITI-CNRC pour produire et analyser d’importants volumes de données expérimentales et cliniques et contribuer à l’amélioration de la classification, du diagnostic et du traitement des maladies. Par ce projet, BioMiner pourrait remplir un rôle essentiel dans des domaines comme la pathologie et la médecine de laboratoire. Le logiciel pourrait aussi contribuer à l’avancement des connaissances en pharmocogénomique et en toxicogénomique, ce qui pourrait se traduire, dans le premier cas, par la mise au point de médicaments adaptés aux caractéristiques génétiques de chaque patient et, dans le second, par de nouvelles données nous éclairant sur le rôle du génome dans la réaction provoquée par les facteurs de stress du milieu et les toxiques.

Personne-ressource

Vincent Lemay
Communications Officer
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