BIOLOGIELa bio-informatique

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La bio-informatique est une application des techniques informatiques au traitement massif de données biologiques. Elle est spécialement utilisée pour l'analyse des séquences génomiques et des protéines. Le terme de bio-informatique est apparu en 1995 dans des publications scientifiques et des programmes de recherche, avec les premiers pas de la génomique. Cette discipline prend en effet appui sur l'utilisation exhaustive des ordinateurs pour traiter la masse d'informations issue de la détermination de la séquence des génomes.

Définition et enjeux de la discipline

La bio-informatique est une discipline émergente de la recherche qui se place à l'interface de la biologie et de l'informatique. Il y a différentes façons de la définir. Il est possible de classer les bio-informaticiens qui la pratiquent en trois groupes (Victor Jongeneel, 2000). Les premiers se définissent comme pratiquant une branche fondamentale de la biologie capable de prédire, par des moyens informatiques, les lois ou les comportements biologiques. Par opposition aux classiques manipulations in vivo ou in vitro pratiquées en laboratoire, on parlera alors d'expériences « in silico » (néologisme d'allure semi-latine, formé à partir de l'anglais silicon). Les partisans de cette définition entendent exercer une bio-informatique théorique semblable à ce que les Anglo-Saxons nomment Computational Biology, c'est-à-dire la fabrication de modèles par le calcul à partir de données biologiques disponibles (Jean-Michel Claverie, 2000). À l'opposé, un grand nombre de biologistes complètent leurs travaux en laboratoire par des analyses sur ordinateur. Ces bio-informaticiens-là ne créent pas de programmes, mais utilisent ceux qui sont écrits par d'autres, soit sur leurs ordinateurs personnels, soit sur des serveurs publics maintenus par des équipes pluridisciplinaires (Philippe Dessen, 1995). Ce domaine de l'analyse de données biologiques par ordinateur a de plus en plus tendance à se dénommer « bioanalyse ». Entre ces deux extrêmes, il existe des coopérations entre les biologistes et les informaticiens pour créer de nouveaux programmes informatiques destinés à la biologie. Ces projets interdisciplinaires constituent le creuset où se forgent les outils de la bio-informatique de demain.

Divers instruments mathématiques sont largement et depuis longtemps utilisés en biologie, soit pour l'analyse statistique, soit pour la détermination de la structure des molécules. Ces domaines d'application ne diffèrent pas des usages des mathématiques et de l'informatique dans la plupart des disciplines scientifiques. Néanmoins, la bio-informatique présente un statut particulier et elle sera définie ici, de manière restrictive, comme l'informatique appliquée au traitement de l'information génétique considérée à ses différents niveaux : la séquence génétique autoréplicative (ADN génomique), les copies (ADNc) des ARN messagers (ARNm) issus de la transcription de l'ADN et les protéines provenant de la traduction des ARNm. Ces protéines sont étudiées une à une pour leur séquence en acides aminés ainsi que pour leur repliement dans l'espace qui confère à chacune sa fonctionnalité.

Le matériel dont l'informatique permet l'étude est fondamentalement l'ADN des chromosomes. L'ADN est une macromolécule linéaire issue de l'enchaînement de quatre bases nucléiques (l'adénosine – A –, la cytosine – C –, la guanine – G – et la thymine – T). L'information génétique est contenue dans de longues « phrases » constituées de ces quatre lettres : ce sont les gènes. Ces derniers codent pour des ARN qui seront finalement traduits, dans les cellules vivantes, en protéines. Les signaux de départ, d'arrêt et de contrôle de ce phénomène d'expression des gènes sont également inscrits dans la séquence d'ADN. C'est pourquoi, depuis le début des années 1980, un des grands enjeux de la biologie moléculaire consiste à déterminer la séquence des génomes des organismes. Ces séquences, à l'origine produites d'abord « manuellement » en petits nombres, représentaient soit des gènes, soit des fragments de gènes. Les études directes de ces séquences (études « manuelles » en quelque sorte) étaient alors suffisantes pour obtenir des résultats sur l'organisation fonctionnelle des gènes, c'est-à-dire pour comprendre ce pour quoi ils codaient et la manière dont leur expression était contrôlée, adaptée à l'environnement ou à la mise en marche d'un « programme » génétique. Très rapidement, avec l'automatisation des procédures de détermination des séquences d'ADN, de nombreuses séquences de plus en plus longues ont été produites. Les pratiques « manuelles » sont devenues inefficaces. Il a fallu introduire des procédures informatisées d'analyse des séquences. La bio-informatique est en grande partie née de ce besoin.

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Bioinformatique : assemblage de fragments d'ADN

Bioinformatique : assemblage de fragments d'ADN
Crédits : Encyclopædia Universalis France

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Bioinformatique : analyse d'une séquence d'ADN

Bioinformatique : analyse d'une séquence d'ADN
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Bioinformatique : annotation d'une séquence d'ADN

Bioinformatique : annotation d'une séquence d'ADN
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Écrit par :

  • : chef du groupe logiciels et banques de données, Institut Pasteur

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Pour citer l’article

Bernard CAUDRON, « BIOLOGIE - La bio-informatique », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 01 décembre 2021. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/biologie-la-bio-informatique/