OMICS et BIG DATA : Fondements technologiques et perspectives d’une médecine personnalisée
OMICS et BIG DATA : Fondements technologiques et perspectives d’une médecine personnalisée » présente les principales technologies OMICS permettant d’étudier les systèmes biologiques de manière globale, notamment la génomique, la transcriptomique, la protéomique, la métabolomique, l’épigénomique et la microbiomique. Ces approches produisent de grandes quantités de données biologiques grâce notamment aux technologies de séquençage à haut débit et à la spectrométrie de masse. La bioinformatique joue alors un rôle essentiel dans le contrôle qualité, le traitement, l’analyse statistique, l’annotation et l’interprétation de ces données. Le cours aborde également les caractéristiques du Big Data biologique, notamment le volume, la vélocité, la variété et la véracité des données, ainsi que l’intérêt de l’intégration multi-OMICS pour comprendre les interactions complexes entre le génome, le transcriptome, le protéome, le métabolome et le phénotype. Ces technologies constituent aujourd’hui un pilier de la médecine personnalisée, en permettant d’intégrer les caractéristiques moléculaires et cliniques de chaque patient afin d’améliorer la prévention, le diagnostic et le choix thérapeutique. L’IA et le machine learning peuvent contribuer à identifier des profils biologiques, des biomarqueurs et des patterns complexes, mais leur utilisation nécessite une validation scientifique et une interprétation experte. Le cours met ainsi l’accent sur le passage de la donnée OMICS à l’information biologique, puis à une interprétation pertinente dans un contexte biomédical, tout en soulignant les enjeux liés à la qualité des données, à la confidentialité, aux biais algorithmiques, à l’éthique et à la reproductibilité.
Génomique fonctionnelle et Régulation de l'expression génétique
Dans le premier ECUE "Régulation de l'expression génétique", nous présentons certains exemples de régulation de l'expression génétique chez les procaryotes (opérons lactose, arabinose et tryptophane), les virus (gènes contrôlant le cycle biologique des phages T4 et lambda et du virus SV40) et les eucaryotes où il est question de traiter la régulation de l'expression des gènes au niveau transcriptionnel (interactions séquences cis-régulatrices/facteurs trans-régulateurs, sans doute le niveau de contrôle le plus important), post-transcriptionnel (épissage des transcrits, éditing, modification voire dégradation des ARNm par les petits ARN), traductionnel et post-traductionnel faisant intervenir les événements de phospohrylation et d'Ubiquination. Un chapitre consacré à la régulation de l'expression génétique au niveau de la chromatine (remodelage de la chromatine et modification des histones) est également évoqué. Enfin, nous exposons quelques techniques d'étude de l'expression génétique aussi bien au niveau transcriptionnel que traductionnel (conception de fusions plasmidique ou chromosomiques avec des gènes rapporteurs, transferts Northern et Western, comparaison de transcriptomes par électrophorèse bidimensionnelle, mise en évidence de la fixation d'une protéine sur un ADN par "DNA mobility shift assay" et identification de la séquence régulatrice par footprinting…).
Le deuxième ECUE "Génomique structurale et fonctionnelle" s'articule autour de deux grands chapitres : la génomique structurale et la génomique fonctionnelle. La génomique structurale s'intéresse à définir la structure des séquences d'ADN fonctionnel et non fonctionnel, à leur nature et aux principes selon lesquels elles sont organisées au sein des génomes. En outre, ce chapitre comporte tout un volet traitant des marqueurs moléculaires et leur utilisation dans l'assemblage des cartes physique. La métagénomique qui est une méthode relativement récente de séquençage et d'étude du contenu génétique d'organismes non cultivables est également abordée. Par opposition à la génomique structurale, la génomique fonctionnelle s'intéresse à définir la fonction de tous les gènes d'un génome, et inversement, identifier les gènes du génome responsables d'une fonction bien déterminée. Elle repose, pour cela, sur diverses approches dont nous examinons (i) celle dite comparative fondées sur l'inactivation génique soit par mutagénèse in vivo ciblées ou bien par "gene silencing" via les ARN interférents ; (ii) l'approche aléatoire par mutagenèse insertionnelle de transposons ; (iii) les approches de transcriptomique fondées sur les systèmes de piégeage de promoteurs à activité transitoire et sur l'analyse de l'expression différentielle des gènes. Sont également traitées les méthodes permettant de déterminer la localisation subcellulaire des produits des gènes et leur éventuelle interaction avec des molécules cibles. Ces dernières fournissent des détails supplémentaires quant à la fonction du gène en question"