Biologie des systèmes
La biologie des systèmes (ou biologie intégrative) est un domaine récent de la biologie qui étudie les organismes vivants comme les systèmes qu'ils sont en réalité, par opposition aux approches historiques qui tendent à décomposer l'étude à tous les niveaux, en biologie, physiologie, biochimie… La biologie systémique cherche à intégrer différents niveaux d'informations pour comprendre comment fonctionne réellement un système biologique. En étudiant les relations et les interactions entre différentes parties du système biologique (organites, cellules, systèmes physiologiques, réseaux de gènes et de protéines permettant la communication des cellules), le chercheur tente de former un modèle de fonctionnement de la totalité du système. Si la biologie des systèmes est un domaine théorisé à la fin du XXe siècle, plusieurs biologistes et chimistes ont travaillé dans ce sens dès la fin du XIXe siècle (par exemple le biologiste et chimiste français Marcellin Berthelot qui privilégiait une approche systémique et synthétique de la biochimie).
La biologie moléculaire des systèmes commence avec l'étude des gènes et des protéines d'un organisme, en utilisant la technique HTS (high-throughput screening, criblage à haut débit) pour quantifier les changements dans le génome, le transcriptome, le protéome et le métabolome en réponse à une perturbation donnée. Cette technique consiste à effectuer de manière automatique des centaines de fois la même opération, en pharmacologie par exemple, pour trouver une molécule qui convient. L'analyse à haut débit du transcriptome s'effectue à l'aide de puces à ADN. Pour détecter les différentes protéines, on utilise par exemple la HTS avec la spectrométrie de masse. D'autres approches en biologie des systèmes ne privilégient pas le niveau moléculaire et cherchent au contraire à intégrer les niveaux d'organisation de manière plus large[1].
Disciplines associées
- La biologie des systèmes du cancer est une application importante dans l'approche de la biologie des systèmes, elle se distingue par la caractérisation moléculaires des tumeurs (tumorigenèse et le traitement des cancers). En effet, les mutations de l'ADN et l'expression des gènes participent à la progression tumorale, elles sont importantes pour mieux comprendre la biologie du cancer ainsi que les choix thérapeutiques envisagés. L'étude du système tumoral à différentes échelles (ADN, ARN, protéines, réseaux, cellules, organes, individu, population, ...) et de manière dynamique, propose un modèle qui s'appuie sur des interactions connues entre les composants du système.
De nouvelles technologies d'investigation moléculaire et subcellulaire systémique ont permis de faire évoluer grandement la recherche contre le cancer. Pour mieux comprendre le cycle de vie des cellules cancéreuses, des données spécifiques sont relevées (données à haut débit afin de caractériser particulièrement le génome des cellules tumorales sur des échantillons de patients cancéreux), ainsi que des outils (lignées de cellules cancéreuses immortelles, modèles de la tumorigenèse sur souris, modèles de xénogreffe, séquençage de nouvelle génération, siRNA, modélisation des conséquences de mutations somatiques et de l'instabilité du génome). Ces technologies créent des masses considérables de données, par exemple les puces à ADN (2 millions de mesures par puce), le phénotypage cellulaire massif et par imagerie, ou le séquençage de nouvelle génération (une dizaine de Gigabases et quelques centaines de millions de séquences par expérience). Les modèles construits sont ensuite utilisés pour prédire l'évolution tumorale et mettre en évidence les perturbations appliquées (prise du traitement) au système pour lui faire adopter le comportement désiré (arrêter la prolifération cellulaire).
L'objectif à long terme de la biologie des systèmes du cancer est de mieux diagnostiquer le cancer, le classer et mieux prédire le résultat d'un traitement proposé, afin d'anticiper un modèle personnalisé dans la médecine du cancer et d'imaginer sa progression chez un patient.
Notes et références
- Denis Noble, La Musique de la vie. La biologie au-delà du génome, Seuil,
Bibliographie
- Edda Klipp, Wolfram Liebermeister, Christoph Wierling et Axel Kowald, Systems Biology : A Textbook, 2nd edition, Wiley, , 504 p. (ISBN 978-3-527-33636-4, présentation en ligne)
- Écrin et Magali Roux, Biologie systémique, Omniscience, 2007.
Voir aussi
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