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Supercalculateurs et simulations biomoléculaires font avancer la recherche médicale européenne

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Supercalculateurs et simulations biomoléculaires font avancer la recherche médicale européenne
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Qu'est-ce que la modélisation biomoléculaire ? Comment ce domaine de recherche qui mêle biologie et science informatique peut-il aider à étudier des maladies comme la Covid-19 et éventuellement contribuer à développer de nouveaux traitements pour les combattre ?

Ce sont les questions auxquelles des scientifiques européens tentent de répondre notamment grâce à de puissants supercalculateurs.

Comme de nombreux autres organismes de recherche en Europe, l'Institut pour la recherche en biomédecine IRB s'est lancé sur la piste des points faibles du virus SARS-CoV-2 dans l'objectif de développer des traitements et vaccins efficaces.

Sur place comme ailleurs, les biologistes moléculaires sont confrontés à une série d'inconnues. "Comment le virus va-t-il continuer d'évoluer, quelle sera l'importance de sa contagiosité chez des espèces animales qui sont proches de nous, dans quelle mesure l'une de ces espèces peut-elle devenir un réservoir à long terme pour le virus ?" liste Modesto Orozco, l'un des biologistes, qui énumère encore deux questions essentielles : "Comment aider à trouver de nouveaux médicaments contre la Covid-19 ? Comment contribuer au développement de vaccins plus efficaces ?"

Onze millions de milliards d'opérations par seconde

Vu le nombre et la complexité des énigmes qui restent à résoudre, les chercheurs se sont tournés vers ce supercalculateur appelé MareNostrum. Sa quatrième version peut effectuer onze millions de milliards d'opérations par seconde.

Cette machine de calcul haute performance (HPC en anglais) a déjà aidé des centaines de scientifiques dans des domaines comme le changement climatique et les ondes gravitationnelles. Aujourd'hui, il se met au service de la recherche sur le SARS-CoV-2.

"Nous sommes capables d'aider les chercheurs à décrire leurs problèmes, leurs questions de manière fluide, facile et séquentielle," explique Rosa M. Badía, informaticienne au Centre de calcul haute performance de Barcelone BSC. "Ils peuvent utiliser toutes les ressources du supercalculateur en travaillant sur des tâches en parallèle pour obtenir plus rapidement des réponses," poursuit-elle.

​Centre européen d'excellence

Cette coopération a été coordonnée par un centre européen d'excellence dans la recherche en biologie moléculaire computationnelle nommé BioExcel.

Ses équipes fournissent aux universitaires et industriels, des avancées médicales dans les traitements ou les vaccins.

Exemple : la modélisation intégrative et les simulations moléculaires permettent d'étudier sur place, le rôle joué par les protéines des virus dans le cas de plusieurs maladies infectieuses.

"Les supercalculateurs nous permettent de voir des choses que l'on ne pourrait absolument pas voir en faisant des expériences," indique ​Erik Lindahl, directeur scientifique à BioExcel et professeur de biophysique à l'Université de Stockholm, "par exemple, voir comment les lipides diffusent autour des protéines car ce ne sont pas des structures, ils bougent tout le temps et aucune autre méthode d'expérimentation ne permettrait de voir cela."

Accessibilité des données

Les informations alimentent des applications logicielles largement utilisées et évolutives qui peuvent donner des réponses précises aux chercheurs en un temps record.

​"Le calcul scientifique est un domaine très compliqué," souligne Rossen Apostolov, coordinateur du projet BioExcel et chercheur en biophysique computationnelle à l'Institut de technologie royal KTH (Stockholm). "Les chercheurs doivent développer des algorithmes complexes pour exprimer la science dans des termes qui permettent aux calculateurs de faire effectivement des calculs et de donner des réponses," renchérit-il. "Comme ces algorithmes sont complexes, nos applications logicielles sont puissantes, mais très complexes, donc l'un des grands défis, c'est de faire en sorte que ces applications soient très faciles à utiliser," fait-il remarquer.

Les supercalculateurs nous aideront-ils effectivement à développer les traitements et vaccins de demain ? Ce n'est qu'une question de temps selon ces scientifiques.

"Laissons-nous cinq ou dix ans et je pense que dans l'avenir, les supercalculateurs seront le principal moteur du développement de médicaments en l'espace de quelques semaines ou mois," affirme ​​le professeur Erik Lindahl. "On n'en est pas encore tout-à-fait là, mais le travail réalisé à travers toute l'Europe nous fait rapidement avancer dans cette direction," assure-t-il.