L’IA pour percer les mystères des protéines

Grâce à l’intelligence artificielle, Google a réussi à créer un outil capable de déterminer la structure des protéines. Cette découverte devrait permettre d’accélérer la compréhension de maladies ainsi que la recherche de médicaments.

DEEPMIND SPÉCIALISTE DE L’IA

DeepMind est une filiale de Google travaillant sur des solutions en intelligence artificielle. Elle est connue pour avoir développé des solutions pour la détection du cancer du sein ou encore avoir battu des maitres d’échecs et du jeu de GO avec leurs algorithmes.

DeepMind travaille depuis quatre ans sur un outil, AlphaFold, permettant de prédire la structure des protéines. Cet outil a gagné une compétition scientifique biennale (CASP) en 2018 et en 2020. En 2018 leur outil présentait une précision moyenne (pourcentage de la structure correctement positionnée) proche de 60%, en 2020 cette précision est passée a plus de 90%.

Ce bond ouvre des perspectives nouvelles dans la compréhension des mécanismes biologiques et par conséquent a le potentiel d’accélérer la découverte de nouveaux traitements.

 

POURQUOI LA STRUCTURE DES PROTÉINES EST IMPORTANTE?

Les protéines sont une des composantes essentielles des cellules. Elles permettent de répliquer l’ADN, de donner la forme des cellules ou encore de protéger les cellules contre des agents infectieux.

Oussama Meziane docteur en biologie nous précise que : “déterminer la structure d’une protéine permet de mieux cibler cette protéine et de comprendre les interactions qu’elle peut avoir avec son environnement”.

Parfois les protéines possèdent des structures anormales a l’origine de maladies. C’est le cas de la maladie de Creutzfeldt-Jakob induit par la protéine anormale du prion ou bien de la maladie d’Alzheimer avec la protéine bêta-amyloïde.

La structure des protéines est aussi indispensable à la compréhension du fonctionnement des virus. Mr. Meziane travaillant actuellement sur le virus du Covid-19 nous précise que: “déterminer la structure de la protéine virale du Covid-19 permet de connaitre, entre autres, le domaine accessible aux anticorps pour détecter les cellules infectées et les tuer.”

En effet, la protéine Spike du Covid-19 est ciblée par notre système immunitaire face à l’infection et par les vaccins actuellement en développement.

« Déterminer la structure de la protéine virale du Covid-19 permet de connaitre, entre autres, le domaine accessible aux anticorps pour détecter les cellules infectées et les tuer. » –  Oussama Meziane

COMMENT FONCTIONNE ALPHAFOLD?

Les protéines sont composées d’acides aminés s’attirant ou se repoussant. En connaissant ces acides aminés et leurs interactions il est possible de deviner la structure de la protéine.

C’est le prix Nobel de chimie, Christian Anfinsen qui l’a théorisé en 1972: “la conformation native (d’une protéine) est déterminée totalement par les interactions interatomiques et ainsi par sa séquence d’acide aminé”.

Pour simplifier on peut voir la chaine d’acide aminé composant une protéine comme un collier de perles où on aurait remplacé les perles par des aimants. Chaque aimant va s’attirer ou se repousser imposant la structure du collier. En connaissant la charge de chaque aimant et sa place dans le collier il est possible d’en déduire sa structure.

C’est ce qu’AlphaFold a réussi à déterminer. En donnant en entrée la chaine d’acide aminé composant une protéine cet outil détermine avec l’intelligence artificielle la structure de la protéine.

UNE RÉVOLUTION

Ces résultats sont vus comme une véritable prouesse par la communauté scientifique qui travaille depuis 50 ans sur ce problème énoncé par M.Anfinsen. La directrice de l’institut en bio-informatiques européen Jabet Thornton a déclaré : “C’est un problème que je croyais ne pas voire résolu de mon vivant”.

Il est à noter qu’il est aussi possible de déterminer la structure des protéines expérimentalement grâce à la cristallographie par rayon X. Mais cela reste un processus long (plusieurs mois) et onéreux. Comparativement, AlphaFold calcule la structure en seulement quelques jours. Reste à savoir à quel prix Google vendra l’utilisation de leur nouvel outil.

Voilà le genre de structures de protéines que prédit AlphaFold. Source : DeepMind

Voilà le genre de structures de protéines que prédit AlphaFold. Source : DeepMind

Crédit photo : Pexels / Nataliya Vaitkevich
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