Qu'est-ce que la bioinformatique ? Pourquoi le clonage de mammouths est-il un canular pur et simple ? A qui profite en effet la propagation du mythe sur les dangers des aliments OGM, et pourquoi, grâce à la résistance mondiale des maladies aux antibiotiques, retournons-nous au début du 20e siècle ? Nous avons parlé de cela et de bien d'autres choses avec Mikhail Gelfand, un bioinformaticien russe exceptionnel, professeur à l'Université d'État de Moscou et membre de l'Académie européenne.
Mikhail Sergeevich Gelfand - célèbre bioinformaticien russe, docteur en sciences biologiques, candidat en sciences physiques et mathématiques, professeur à la Faculté de bioingénierie et de bioinformatique de l'Université d'État de Moscou, membre de l'Académie européenne, directeur adjoint de l'Institut pour les problèmes de transmission de l'information de la Académie russe des sciences, membre du Conseil public du ministère de l'Éducation et des Sciences de la Fédération de Russie, rédacteur en chef adjoint du journal "Troitsky Variant - Science".
Intérêts de recherche: génomique comparative, métagénomique, reconstruction métabolique et annotation fonctionnelle de gènes et de protéines, recherche de signaux régulateurs, évolution des voies métaboliques et des systèmes de régulation, épissage alternatif (processus qui permet à un gène de produire plusieurs ARNm et, par conséquent, des protéines - NS), caractéristiques statistiques des séquences d'ADN.
Mikhail Gelfand est également connu pour son activisme civique. Il est l'un des fondateurs et militants de la communauté du réseau Dissernet, qui s'occupe d'identifier les abus, la fraude et la contrefaçon dans le domaine de la soutenance de thèse et de délivrer des diplômes universitaires en Russie.
Mikhail Sergeevich, qu'est-ce que la bioinformatique ?
- La bioinformatique est une façon de faire de la biologie qui nécessite de traiter une très grande quantité de données. En général, il se passe la même chose avec la biologie qui s'est produite autrefois avec la physique des hautes énergies et avec l'astrophysique, quand il y avait beaucoup de données.
Il s'avère qu'en utilisant toutes ces informations, vous pouvez faire beaucoup de choses intéressantes.
Par exemple, ce que nous faisons maintenant, c'est prédire les fonctions des protéines, étudier comment les gènes sont régulés, etc. Cela se fait à l'aide d'analyses de séquences, et le résultat est formulé en des termes naturels pour les biologistes: disons, cette protéine fait cela et ça, et ça le gène s'active dans telles ou telles conditions.
De plus, grâce à la bioinformatique, il est devenu possible de faire des déclarations sur la cellule dans son ensemble. Dans un sens, la biologie moléculaire était une science réductionniste - on examinait une cellule pièce par pièce, on la décomposait en gènes séparés, en protéines individuelles. Il est désormais possible de l'étudier entièrement au niveau moléculaire. Avant cela, nous ne pouvions pas faire cela - il n'y avait pas assez d'opportunités.
Mais tout cela est le côté technique de la bioinformatique.
L'aspect fondamental est l'étude de l'évolution moléculaire. Il s'est avéré qu'en comparant les génomes que nous avons maintenant, nous pouvons dire quelque chose sur la façon dont ils ont changé au fil du temps. En gros, comment cela s'est-il passé ? C'est probablement la chose la plus intéressante à propos de la bioinformatique.
Pouvez-vous citer les réalisations les plus importantes, à votre avis, dans le domaine de la bioinformatique ces dernières années ?
- Par exemple, il est devenu clair que la multicellularité s'est produite non pas une fois, mais plusieurs fois indépendamment. Quand on m'a enseigné à l'école, on m'a appris ceci: d'abord il y avait des bactéries, puis des créatures plus complexes sont apparues, puis multicellulaires, etc., les champignons avec des algues étaient considérés comme des plantes inférieures. Maintenant, il s'est avéré que chez les plantes et les animaux, la multicellularité est apparue indépendamment du point de vue de leurs voies évolutives. Les champignons se sont avérés encore plus proches de nous que des plantes. Les algues brunes partaient généralement dans l'autre sens, elles développaient aussi la multicellularité à leur manière.
Ils ont également découvert que nos ancêtres s'hybridaient avec les Néandertaliens. Il s'est avéré qu'il y avait aussi des Denisoviens - des parents éloignés des Néandertaliens. Dans l'ensemble, cette situation a montré que l'émergence de l'homme moderne est une question beaucoup plus complexe qu'il ne nous semblait auparavant. Après tout, nous pensions que notre ascendance était une branche continue, une lignée. Cependant, l'analyse des génomes a montré qu'il y a 50 000 ans, trois espèces différentes de personnes traversaient l'Eurasie - Cro-Magnons (nous et nos ancêtres), Néandertaliens et Dénisoviens, et ils se sont tous croisés dans différentes combinaisons.
Dans le génome de chaque européen ou asiatique moderne (mais pas africain), en moyenne, environ 2% des variantes génétiques sont des gènes néandertaliens, et les personnes qui se sont autrefois installées en Indonésie et en Australie ont 5% supplémentaires de gènes Denisovan.
Ces découvertes sont importantes du point de vue de la vision du monde - elles changent notre compréhension de la façon dont une personne est née.
En général, avec l'émergence de nouvelles techniques expérimentales, nous apprenons de plus en plus de nouveautés, mais il s'avère que nous ne savons toujours pas grand-chose. On comprend de mieux en mieux tout ce qu'il reste à découvrir. Dans un sens, c'est une période romantique.
A cette occasion, je raconte toujours la même métaphore. Imaginez, les gens vivaient sur le rivage, ils pensaient que c'était une petite île. À cause de la brume, il n'était pas visible. Lorsque la brume s'est dissipée, il s'est avéré qu'il y avait tout un continent. Et même avec des montagnes, derrière lesquelles on ne sait pas du tout ce qu'on peut trouver. La situation est approximativement la même dans la science moderne.
Quels progrès ont été réalisés dans le domaine de la génomique du cancer ces dernières années ?
- Les réalisations ont été, encore une fois, grâce au progrès technologique. Nous avons appris à déterminer la séquence génomique des paires tumeur-tissu sain et à comprendre pourquoi une cellule saine est devenue une tumeur. Il s'est avéré qu'il n'y a pas de raison unique, et même à première vue, les mêmes cellules cancéreuses présentent un certain nombre de différences. Notamment à cause de mutations, dont il y en a beaucoup dans ces cellules.
Une tâche non triviale est apparue - comprendre quelles mutations étaient la cause du processus et lesquelles se sont produites par hasard. Des expériences commencent maintenant à séquencer des triplets - cellule saine, cancer et métastase - pour déterminer ce qui conduit à la métastase.
Aujourd'hui, nous avons appris à séquencer les génomes de cellules individuelles. En ce qui concerne le cancer, il y a lieu de penser que la population cellulaire de cette maladie est très hétérogène, et le développement du cancer se produit en raison de mutations qui conduisent au déplacement de certaines populations par d'autres. Le séquençage de cellules cancéreuses individuelles contribuera à améliorer la compréhension, c'est pourquoi beaucoup attendent avec intérêt les résultats de ces expériences.
Mais en fait, je n'aime pas trop parler d'oncologie - je ne veux pas donner aux gens de l'espoir en vain. Je ne ferai que répéter ce que j'ai déjà mentionné: le cancer peut être hétérogène - cela peut expliquer le succès ou l'échec de l'un ou l'autre traitement. Il peut y avoir une situation différente - des tumeurs dans différentes parties du corps, mais avec la même structure moléculaire. Et dans ce cas, un médicament peut traiter plusieurs types de tumeurs, et la détermination de la structure des cellules cancéreuses peut aider à sélectionner des médicaments anticancéreux plus efficaces.
Dernièrement, on a beaucoup parlé de clonage de mammouths. Que pensez-vous de cela - est-ce faisable et pourquoi est-ce nécessaire ?
- C'est un non-sens complet et de la triche. Maintenant, il n'y a aucune possibilité technique de le faire - ni dans notre pays, ni en Occident.
Dans le cadre du clonage, on mentionne généralement un scientifique sud-coréen (il s'appelle Hwang y Suk - NS), connu pour avoir falsifié ses résultats. Il a vraiment cloné un chien, puis a dit qu'il avait cloné un homme et a publié quelques articles falsifiés pour lesquels il a été expulsé de l'université…
Personne ne sait encore comment cloner un mammifère en injectant du matériel génétique dans un autre mammifère. Ils l'ont fait sur des bactéries, mais pas sur des mammifères.
En théorie, si c'est possible, c'est très difficile. Si, par exemple, vous dépliez l'ADN d'une personne, vous obtenez une ligne de trois mètres de long. Même si vous parvenez d'une manière ou d'une autre à synthétiser de l'ADN aussi long qu'un chromosome de mammouth, vous ne pourrez pas reproduire son état physiologique correct. Si vous introduisez un ADN miraculeusement reproduit dans un tube à essai à un autre mammifère, il ne s'y enracine tout simplement pas et se dégrade.
En général, il existe de telles difficultés qu'il n'est pas possible de résoudre pour le moment.
Que pensez-vous de l'ADN des dinosaures, est-il encore possible de déchiffrer leur génome ? L'ADN, après tout, ne vit pas autant qu'il a passé depuis l'ère des dinosaures
- L'ADN ne vit vraiment pas si longtemps. Le record est d'environ des centaines de milliers d'années. Avec un ADN vieux de plusieurs dizaines de milliers d'années, des expériences sont menées - avec les mêmes Néandertaliens, par exemple. L'ADN trouvé dans les os d'un homme de Heidelberg dans la grotte espagnole de Sima de los Huesos et déchiffré par la suite par des scientifiques avait environ 400 000 ans. Mais c'était de l'ADN mitochondrial, pas nucléaire.
Au fil du temps, l'ADN se décompose. Dans un organisme vivant, il existe des mécanismes qui le restaurent. Cependant, lorsqu'il repose dans le sol, alors rien n'empêche sa destruction, surtout dans un climat humide et chaud.
Les protéines sont détruites plus lentement. Il y avait des articles où les gens prétendaient qu'ils étaient capables de déterminer la séquence des protéines de collagène chez un dinosaure. Il y avait beaucoup de désaccords dans la communauté scientifique à cette époque - beaucoup pensaient qu'il s'agissait d'une erreur expérimentale.
Vous pouvez aller dans l'autre sens: prendre les séquences modernes d'oiseaux, de crocodiles, de mammifères et de poissons modernes, Construire un arbre phylogénétique à partir de ces protéines - pour reconstituer par séquences comment ces protéines se sont développées au cours de l'évolution. Et puis reconstruisez à quoi ressemblaient ces protéines dans un certain nœud interne - par exemple, dans un nœud de dinosaure, puis synthétisez cette protéine. Ce type de travail a déjà été fait, y compris avec des dinosaures. En utilisant cette méthode, il était même possible de synthétiser des protéines qui étaient présentes dans l'ancêtre commun de toutes les bactéries.
Et ceux qui pleurent pour les dinosaures peuvent sortir et embrasser n'importe quel pigeon - c'est l'ancêtre direct du dinosaure, la même lignée évolutive qui est conservée chez les oiseaux et les crocodiles modernes.
Que pensez-vous du mythe popularisé sur les dangers des aliments OGM ? Sont-ils vraiment nocifs ?
- La nocivité des OGM est un mythe, car il n'y a pas une seule expérience consciencieuse qui prouverait cette nocivité. Les expériences dont on a parlé dans les journaux sont des expériences de très mauvaise qualité, qui ne prouvent rien. Là, même la qualité du traitement statistique des données obtenues est faible. Par exemple, d'après les résultats de la tristement célèbre expérience du chercheur français Gilles-Eric Seralini, il s'ensuit que les rats mâles, au contraire, sont des OGM très utiles - ils vivent plus longtemps.
En fait, ils ont beaucoup vérifié. Toute l'industrie de l'élevage aux États-Unis est une grande expérience dans l'utilisation de produits génétiquement modifiés. Si les OGM faisaient vraiment du mal, cela deviendrait très vite perceptible.
L'attitude envers les OGM dans notre pays est une triste combinaison de trois choses. La première est, je vous demande pardon, l'ignorance de la population. Si vous arrêtez maintenant une personne dans la rue et posez des questions sur les tomates OGM, il vous répondra qu'il y a des gènes dans une tomate OGM, mais il n'y a pas de gènes dans une tomate ordinaire, ou d'autres absurdités similaires.
La seconde est la malhonnêteté des personnes qui font carrière politique sur le thème de la nocivité des OGM. Certains d'entre eux peuvent être de vrais psychopathes, mais une proportion importante de ces personnes, j'en suis sûr, sont des cyniques calculateurs qui améliorent simplement leur bien-être.
Le troisième est l'ignorance des journalistes. D'un côté, ils sont incapables de comprendre si on leur dit la vérité ou non, de l'autre, ils courent après une sensation. Après tout, le fait que les OGM ne soient pas nocifs pour la santé n'est pas très sensationnel. Mais montrer une photo d'un rat atteint d'un cancer de l'expérience de Séralini, donner un titre lumineux est une sensation. Et peu de gens savent qu'il s'agit en fait d'une lignée spéciale de rats élevés pour la recherche sur le cancer - tous ont des tumeurs en croissance.
Je dirai plus - les OGM présentent de réels avantages. Récemment, j'ai lu un article dans lequel des scientifiques calculaient à quel point la charge d'herbicides et d'insecticides sur les champs où les cultures OGM sont cultivées est réduite. C'est-à-dire que les choses vraiment nocives - les toxines - ne sont plus si nécessaires grâce aux OGM, la charge sur le terrain est réduite de dizaines de pour cent.
Les OGM sont bons pour l'économie, notamment pour les pays en développement, dont la Russie en termes d'agriculture. Ainsi, la production de soja OGM est beaucoup moins chère par rapport au soja conventionnel. Réduire l'achat d'insecticides réduit également les coûts.
Un autre avantage des OGM est l'élimination des carences en vitamines. Certains aliments manquent de vitamines, par exemple, le riz est pauvre en vitamine A. Par conséquent, en Asie, où le riz est le principal produit de l'alimentation des gens (encore une fois, pas riche), la carence en vitamines est courante, à la suite de laquelle les enfants sont aveugle de naissance.
Par conséquent, les scientifiques ont fabriqué du riz OGM, dans lequel ils ont planté des gènes de tournesol. Ces nouveaux gènes ont permis au riz de produire du carotène, ce qui est nécessaire pour éliminer les carences en vitamines et la cécité. Ainsi, toute personne qui crie sans réfléchir sur les terribles méfaits des OGM est personnellement responsable des enfants aveugles.
Aussi dans la situation avec les OGM les écologistes me surprennent. Après tout, vous pouvez, par exemple, discuter de l'impact des champs d'OGM sur l'environnement: il n'y a pas de données sur les dommages, mais, purement théoriquement, c'est possible. Au lieu de cela, les écologistes, malheureusement, aiment beaucoup se faufiler dans la foule des anti-OGM et utiliser leurs méthodes sans scrupules pour lutter pour des objectifs environnementaux apparemment bons.
Quelles sont, selon vous, les perspectives d'avenir des antibiotiques, après tout, au printemps l'OMS a lancé une alerte mondiale - les maladies deviennent de plus en plus résistantes aux antibiotiques ?
- En général, l'histoire des antibiotiques est une belle illustration de la théorie de l'évolution, clairement décrite dans le cadre de la sélection naturelle.
Les antibiotiques ont toujours existé. Les bactéries du sol se sont empoisonnées avec elles depuis des temps immémoriaux. En conséquence, ils ont appris à se défendre, développant la stabilité. Cette résistance s'est propagée lorsque les bactéries ont ingéré l'ADN d'espèces résistantes.
Mais alors un homme est intervenu et a commencé à être traité avec des antibiotiques pour ses agents pathogènes. Les agents pathogènes sont intrinsèquement sensibles aux antibiotiques parce qu'ils n'ont pas rencontré de bactéries du sol. Lorsque vous commencez à prendre des antibiotiques et que vous buvez leur cycle complet, vous tuez tous les organismes pathogènes. Si vous avez commencé à les prendre, vous vous sentez mieux, et vous avez arrêté de les prendre, alors il s'avère que vous avez tué les bactéries sensibles, mais êtes resté un peu résistant; ils sont toujours là simplement en raison de l'hétérogénéité génétique de la population. Puis à nouveau la population se développe, devient hétérogène, des variantes encore plus stables y apparaissent - et encore la même chose: un parcours prématurément terminé, les moins stables sont tués, les plus stables sont restés sans concurrents et se sont multipliés.
A une époque, un projet russo-américain a été lancé, dans le cadre duquel le traitement de la tuberculose à l'aide de moyens modernes a été amélioré dans plusieurs prisons (la source des souches résistantes sont les prisons et les camps, et dans les prisons russes il existe un situation assez difficile avec la résistance aux antibiotiques de la tuberculose), mais, malheureusementpour des raisons politiques, il a été fermé. Dans le même temps, comme l'indique le rapport de l'OMS, l'une des raisons de l'augmentation de la résistance des maladies aux antibiotiques est la pratique totale et systématique du sous-traitement des maladies parmi la population de la planète entière.
Un autre facteur d'augmentation de la résistance bactérienne aux antibiotiques est la manière occidentale de nourrir le bétail avec de petites doses d'antibiotiques. Aujourd'hui, dans l'Union européenne, une telle pratique a été interdite, mais le mal qu'elle a déjà réussi à causer est apparemment colossal. Après tout, les agents pathogènes à la fois chez nous et chez les mammifères, qui sont élevés comme du bétail, sont, en général, les mêmes. Mais dans les fermes, les animaux sont en contact avec le sol et les agents pathogènes qu'ils contiennent peuvent entrer en contact avec les bactéries du sol qui ont développé une résistance à leur égard, ce qui augmente également la résistance des agents pathogènes nocifs pour nous.
Ensuite, il s'avère que la production d'antibiotiques n'est pas rentable pour les grandes entreprises pharmaceutiques (les petites ne pourront pas du tout y faire face). Les antibiotiques sont pris en peu de temps, une résistance à ceux-ci apparaît très rapidement - tout cela signifie que le médicament ne sera pas longtemps sur le marché. Il s'avère que la fabrication d'antibiotiques n'est tout simplement pas rentable.
Quant, par exemple, à la tuberculose dans notre pays, qui est déjà résistante à la plupart des antibiotiques connus, il ne peut y avoir qu'une alternative aux antibiotiques. Comme au début du siècle dernier - kumis, stations de montagne… Et c'est tout. Bien sûr, les biologistes et les médecins essaient de faire quelque chose, mais jusqu'à présent, il y a peu d'optimisme.
L'interview a été publiée dans Naked Science (# 17, janvier 2015).