Miscellannées du mois d'octobre 2021

Mathématiques et bioinformatique

La bio-informatique est une nouvelle discipline en pleine expansion permettant d'intégrer la révolution génétique dans la biologie en maitrisant les multiples calculs que cela implique. Elle permet  également de traiter un nombre de donnée considérables a trier et à classer. Une formule assez publicitaire parle de "L’approche in silico de la biologie". C'est un domaine de recherche et d'expertise qui connait aujourd'hui un développement considérable et les applications en sont très variées. La révolution de "l'apprentissage automatique" (ce qu'on nomme "intelligence artificielle") est un nouveau domaine d'application extrêmement prometteur sur lequel nous reviendrons ultérieurement.

Trois activités principales sont concernées : l'acquisition et l'organisation des données biologiques la conception de logiciels pour l’analyse, la comparaison et la modélisation des données, et enfin l'analyse des résultats produits par ces logiciels

On pourrait croire que la biologie est une conséquence du gigantesque effort consécutif à l'objectif de séquencer totalement le génome humain. Bien que ce projet ait suscité effectivement un volume de travaux considérable et ait constitué un tournant décisif dans le développement de cette discipline , son origine est en fait bien antérieur et découle d'une série d'étapes logiques comme le développement de la théorie de l'horloge moléculaire par Zuckerkandl et Pauling, de la construction du premier arbre phylogénétique en 1967  et d'autres étapes tout aussi essentielles. Cette histoire intellectuelle peut être résumée par une avancée décisive consistant en la mise au point du programme d'alignement global de séquences dont a découlé le "fameux" (chez les bio-informaticiens)  algorithme de Needleman & Wunsch sur lequel nous reviendrons

Mais évidemment le progrès le plus visible découle des progrès dans le domaine du séquençage de l'ADN malgré l'augmentation exponentielle du volume des données, bien supérieur à l'augmentation de la puissance des processeurs des ordinateurs. Il a bien fallu traiter ce nombre considérable de données...

Une des première conséquence a été la mise à disposition de cette masse d'information sous forme de "banque de données" gérées par des communautés étatiques ou paraétatiques : on peut citer GenBank (disponible ici) ou l'EMBL database (base de donnée d'une entité européenne)  ou des banques de données de  séquence protéique comme UniProt (vous pouvez consulter leur site ici)

Ces données etant données sous forme générique de suites de séquences. Il a fallu ensuite développer des outils d'analyse de séquences afin de pouvoir déterminer leurs propriétés. Afin de comparer deux séquences (de protéine par exemple)   d'une manière objective , on doit d'abord les aligner d'une manière optimale. L'alignement optimal est obtenu quand la coïncidence des lettres composant les deux séquences est maximale. Nous en revenons au fameux algorithme de  Needleman et Wunsch qui permet cela

Il faut  bien comprendre que ce type d'algorithmes ne recherche pas une correspondance exacte entre-deux séquences (comme il en existe dans des recherches d'un texte dans un corpus) mais une ressemblance avec des contraintes fortes en terme  de temps d'exécution. Cest précisément pour ce type de problème qu'à été mis  au point une technique d'optimisation qui allait révolutionner la manipulation des données biologiques. Cette technique d'optimisation, qui porte le nom de « programmation dynamique », garantit l'obtention d'un alignement optimal en un temps minimal en memorisant de façon dynamique les résultats intermédiaires...

Vous pouvez voir l'algorithme fonctionner "online" ici :

http://rna.informatik.uni-freiburg.de/Teaching/index.jsp?toolName=Needleman-Wunsch

Bibliographie sommaire :

Pour celles et ceux qui auraient envie d'approfondir ce domaine complexe en pleine évolution : 

 Gilbert Deléage, Manolo Gouy Bioinformatique - 3e éd.: De la séquence à la structure des protéines dunod 2021

 Patrick Fuchs, Pierre Poulain  Programmation en Python pour les sciences de la vie dunod 2019

Agnès Méreau , Stéphanie Jaubert-Possamai  Principes des techniques de biologie moléculaire et génomique: Editions QUAE 2018

Pando, le plus vieil organisme vivant

Une extrême longévité a toujours fasciné l’être humain confronté à sa fin inévitable. La tortue Jonathan dont l'age estimé est de 189 ans a suscité nombre de commentaires. tout autant que En 2006, Ming, un quahog nordique (une sorte de palourde), a été trouvé au large de l'Islande. Elle était alors âgée de 507 ans. 

Mais les animaux ont une longévité bien moindre que certains arbres qui peuvent atteindre plusieurs milliers d'années...

Pando (du latin pandere s’étendre, se déployer) n’est pas un simple arbre. Il s'agit plutôt d'une colonie de clones de peupliers faux-trembles. Pris individuellement, chaque peuplier est agé en moyenne de 130 ans mais l'ensemble des organismes reliés par des racines communes est beaucoup plus ancien Avec un âge de 80 000 ans, c'est le plus ancien organisme vivant dans le monde. Se trouvant en Utah aux États-Unis, il est surnommé le "géant tremblant". Cette colonie de 42,50 ha est constituée d'arbres génétiquement identiques reliés par un seul système racinaire. Fait remarquable, selon certaines estimations, cette forêt pourrait être âgée de 1 million d’années ! Elle précèderait donc le 1er homo sapiens de quelque 800 000 ans. Pando détient un autre record impressionnant : avec ses 6 615 tonnes, c’est aussi l’organisme vivant le plus lourd de la terre.

Le rat taupe nu, un animal qui gagne a être connu

L'Hétérocéphale Heterocephalus glaber  (aussi appelé concurremment "Rat taupe nu") est un animal étonnant (et d'une laideur assez spectaculaire) dont plusieurs particularité tout a fait exceptionnelles ont suscité une vague d’intérêts parmi les scientifiques. Il vit en groupe dans d'immenses galeries souterraines qu'il fore avec ses deux grosses incisives. Sa vie sociale est très particulière dans la mesure ou son mode d'organisation ressemble plus a celui des fourmis qu'a tout autre mammifère : une seule "reine" est chargée de la reproduction et une série de "mâle" sert uniquement à sa protection. Mais le plus remarquable est sa longévité.

En effet, cet animal peut vivre jusqu’à trente ans. Si on considère une espèce voisine, la souris, celle ci d'une taille pourtant comparable n'arrive a rester en vie que moins de 5 ans en moyenne. Un des éléments particulièrement efficace pour expliquer cette longévité est son absence totale de dégénérescence cellulaire, ce qu'on appelle concurremment le (ou les) "cancers". Là ou un humain sur 3 développe un cancer au cours de sa vie, aucun rat-taupe nu n’est quant à lui touché.  

Des chercheurs et chercheuses ont découvert que cette protection était la conséquence de la présence d'un élément déterminant pour la vie sociale du rat taupe nu, l'acide hyaluronique. Celui ci est déja utilisé dans la médecine humaine, mais surtout dans un objectif esthétique (garantir du vieillissement de la peau). Pour l'hétérocéphale, cet élément chimique le protège non seulement du risque de cancer, mais aussi du vieillissement de la peau.

Bibliographie :

Un article (assez ancien) du "journal africain du cancer" sur cet animal étonnant :  cliquez ici !

Le mystére du trou noir LB1

LB1 est un   système stellaire binaire spectroscopique de la Voie lactée. On appelle "système stellaire" un ensemble d'étoiles proches liées entre elles et qui forment un ensemble lié par la gravité. On a ainsi des systèmes composés de deux ou trois étoiles proches qui orbitent entre elles. LB1 était de ce point de vue un ensemble trés particulier, composée d'une "étoile bleue" (une étoile bleu est un astre trés lumineux (entre 30000 et 1000000 de fois plus lumineux que notre soleil) et gros comme a peu prêt 90 fois le soleil)  et supposément d'un trou noir Ce trou noir était lui même très surprenant avec une masse estimée à 68 masses solaires, et il était considéré comme le plus gros trou noir stellaire de la voie lactée A l'époque de cette découverte, une étude publiée dans la fameuse revue Nature et avait fait grand bruit de par les problèmes théoriques qu'il posait.

Mais aujourd'hui, une équipe différente publie, toujours dans Nature, une nouvelle étude sur le système binaire LB-1 et arrive à la conclusion que ce trou noir n'existerait tout simplement pas... Cette seconde étude se baserait sur des considérations sur la température de l'étoile, qui changerait la nature des deux étoiles qui formeraient le systéme LB1. La seconde étoile ne serait tout simplement pas visible en raison de sa vitesse de rotation trés rapide autour de sa jumelle...

L'astrophysique se sert souvent de preuves indirectes pour arriver à des conclusions toujours discutables. La question soulevée par cet ensemble difficilement interprétable montre bien toute la difficulté de cette science fondamentale soumise a des remises en cause permanentes.

quelques sources :

Une présentation pédagogique des systémes stellaires

un billet de présentation des trous noirs stellaires

La découverte d'un énorme trou noir stellaire sur LB1 (en décembre 2019) cliquez ici !

La réfutation de cette découverte : cliquez ici !

Zealandia, le continent caché 

La découverte d'un nouveau continent au XXI^e siècle est une nouvelle qui parait étonnante. Elle découle de travaux fait par un collectif de chercheurs de diverses origines : des français (Julien Collot ) et des chercheurs issus d'universités de Nouvelle Zélande ( Nick Mortimer, , Andy J. Tulloch) et d'Australie (Maria Seton et Hamish J. Campbell)

Les chercheurs suggèrent que la Nouvelle-Zélande et la Nouvelle-Calédonie font partie de ce nouveau continent et forment une masse unifiée et non une chaîne d'îles séparées, comme elles sont reconnues jusqu'à présent. Zealandia, située dans l'est de l'Australie, couvre une superficie de 4,9 millions de kilomètres carrés, mais 94 % de cette superficie est sous-marine. Pour mémoire le Maghreb couvre 6 millions de Km2. De fait le fait de concevoir Zaelandia comme un seul ensemble implique une forte activité de cartographie des zones sous marines par nature cachée à la détection immédiate

Source :

Un article sur la découverte de ce nouveau continent et les cartes qui en ont été réalisé : cliquez ici !

scientifique oubliée : Miriam Menkin 

Actuellement, la "fécondation in vitro" est un sujet de discussion sans fin en raison de ses conséquences éthiques. On connait généralement les promoteurs français de cette technique,  le b biologiste Jacques Testart, et le  gynécologue René Frydman mais on ignore souvent le nom de la scientifique qui a réussi la première fécondation en 1944, Miriam Menkin 

Cette dernière nait à Riga (en Estonie) mais ses parents s’établissent au début du XX siécle aux états unis. Elle entreprend des études de médecine, mais pour des raisons financiére ne peut poursuivre son doctorat. Elle devient alors secrétaire, emploi qu'elle occupera plusieurs années avant de devenir chercheuse en pathologie à Harvard de 30 à 35 et enfin "technicienne de laboratoire" auprés de Grégory Pincus, un des co inventeur de la pilule anticonceptionnelle pour travailler sur la fécondation in vitro du lapin. Aprés que son maitre de recherche ait été obligé de renoncer a ses recherches, elle travaille alors avec le docteur Rock, spécialisé dans les questions relatives à la fertilité.

C'est elle qui réalise en 1944 la premiére FIV aprés six ans d'expériences infructueuses. Sa collaboration avec le docteur Rock est soumis a de nombreux aléas en fonction des difficultés pécuniaires constantes qui la forcent réguliérement à quitter son emploi de chercheuse. Elle termine sa carriére scientifique en rédigeant les articles scientifiques publiés par son maitre de recherche. Elle meurt en 1992

Le livre du mois : A la recherche de Stephen Hawking

Un des domaine les plus intéressant et les plus controversés de la sociologie est la "sociologie des science" Celle ci part d'un constat : la science est "avant tout" une activité "sociale" : elle implique un collectif, des institutions, une culture et un espace matériel dédié. Il existe plusieurs courants de recherches, plusieurs approches et plusieurs façon d'appréhender la vérité des science. L'ouvrage que je vous propose part d'une des "vedette" scientifique de l’ère médiatique,  Stephen Hawking dont les  découvertes importantes concernant les trous noirs ou la nature du temps n'auraient pas eu l'impact qu'on peut constater si Stephen Hawking n'avait pas été atteint d'une grave maladie qui lui interdisait toute pratique "classique" des sciences (paralysé, il ne pouvait communiquer que par l'entremise de dispositifs techniques extrêmement contraignant)

Au delà du mythe et de ses récupérations multiples, le grand mérite de cet ouvrage est de nous montrer le caractère irrésistiblement collectif de la science. La science ne se fait jamais (et ce à toutes les périodes) "Seul dans son coin". Mais bien plus, Stephen Hawking est aidé d'une multitude d'agents qui lui permettent de faire "œuvre de science" malgré son lourd handicap. L'autre aspect bien développé dans cet ouvrage est le coté matériel, pour ne pas dire matérialiste de la science, mais celle qui pourrait sembler uniquement ressortir du domaine des idées. Au final, un ouvrage passionnant qui fait ressortir l'utopie des sciences, au delà des mythes...

Présentation de l'éditeur :

Parmi les grands mythes modernes, certains sont liés à la science, tel le cerveau d’Einstein épinglé par Roland Barthes dans ses Mythologies. Dans cette lignée de l’« homme-cerveau » a pris place plus récemment Stephen Hawking, le génial astrophysicien anglais immobilisé dans un fauteuil roulant par une maladie dégénérative, ce qui ne l’a pas empêché de percer les secrets des trous noirs, d’occuper la chaire d’Isaac Newton à Cambridge, ni d’écrire des best-sellers mondiaux, comme sa Brève histoire du temps dans les années 1990.
 
Empruntant aux ethnologues leurs outils d’enquête et d’analyse, Hélène Mialet a entrepris d’en savoir plus et de comprendre comment s’est édifié le mythe Hawking. Première surprise : Hawking est certes un homme comme les autres mais aussi un ensemble complexe d’individus et de machines interconnectés. Second sujet d’étonnement : si on reste à distance du personnage, on peut s’en faire une image relativement nette – celle, uniformisée, que proposent de lui les médias. Or plus on s’approche physiquement de lui, plus l’image se brouille...
 
Quant à savoir où se trouve Stephen Hawking, quelque part entre le mythe et la réalité, l’énigme reste entière. Et le lecteur, au bout de l’enquête, comprend qu’il en a autant appris sur lui-même, et sur la façon dont se fait la science, que sur le héros de l’histoire.
 
Hélène Mialet enseigne les science studies à l’Université de Californie à Berkeley.

Hélène Mialet À la recherche de Stephen Hawking Editions Odile Jacob 2014 168 pages