Dossier de presse: articles liés au papier de recherche du 20 octobre 2002

Par Collectif. Dernière mise à jour le 17/07/2003.

Comme vous le savez surement, une des premières publications du professeur Vijay Pande et de son équipe a faire du bruit dans la presse scientifique internationale a été "Absolute comparison of simulated and experimental protein-folding dynamics", publiée le 7 novembre 2002 dans le journal Nature.

La grande majorité des articles de presse traitant de cette publication étant en langue anglaise, ils peuvent rebuter le public francophone.

C'est pourquoi nous mettons à votre disposition les traductions de quelques uns de ces articles:

De nombreux liens sont à présent HS.

Des protéines virtuelles pour résoudre des énigmes réelles.
Virtual proteins unravel real puzzles (MSNBC)
par Alan Boyke
(trad. Ripeer)

Des scientifiques ont l'espoir de combattre les maladies grâce aux simulations informatiques.

Le programme Folding@home simule la façon dont une protéine, comme celle montrée sur l'image, se replie. Une expérience récente semble confirmer que les protéines réelles se comportent comme leurs homologues virtuelles.

20 Octobre - Pendant deux ans, des dizaines de milliers d'internautes ont employé le temps inutilisé de leurs ordinateurs sur des protéines virtuelles, dans l'espoir d'aider les scientifiques à comprendre leur fonctionnement et trouver de nouveaux remèdes contre des maladies comme celles d'Alzheimer. Mais les molécules réelles se comportent-elles comme les virtuelles ? Une nouvelle recherche indique que oui – faisant naître l'espoir que le programme peut être utilisé pour démêler des mystères que des expériences n'ont jamais percés.

Les résultats, publiés cette semaine sur le site web du journal Nature, ont apporté la preuve que des simulations comme celle de folding@home permettent d'obtenir des résultats valides, dit Vijay Pande, un biochimiste de l'université de Stanford.

SETI@home, un économiseur d'écran qui filtre les signaux radio d'éventuelles transmissions de civilisations extraterrestres, est l'exemple le plus largement répandu de l'informatique distribuée, avec plus de 4 millions de volontaires. Mais le but ultime de ce programme – découvrir des extra terrestres - est terriblement hasardeux. Pendant ce temps, le projet de Pande et d'autres utilisent des calculs distribués pour essayer de comprendre des réactions biochimiques, trouver de nouveaux traitements pharmaceutiques et même développer de meilleurs modèles pour le changement de climat futur.

« Les gens ont utilisé les simulations comme diseuses de bonne aventure, et si vous voulez être diseur de bonne aventure, vous avez intérêt à fournir des informations utiles. » explique Pande à MSNBC.COM « Si vous pouviez avoir une simulation en laquelle vous avez confiance – si vous l'aviez – alors vous pourriez aller au-delà de ce que les expériences peuvent nous apprendre. »

Fonctionnement interne d'une protéine

Les aperçus du fonctionnement interne des protéines seraient très utiles, puisque celles-ci sont les machines à tout faire des cellules vivantes. Quand elles fonctionnent correctement, elles se plient selon des formes qui interagissent avec l'ADN, et d'autres molécules, comme une clef dans serrure. Quand ce n'est pas le cas, elles prennent de mauvaises formes, et les scientifiques pensent que de tels repliements incorrects sont à l'origine de maladie comme celles d'Alzheimer, Parkinson ou encore la variante humaine de la maladie de la vache folle.

« L'espérance est que, si nous pouvons comprendre pourquoi quelque chose se replie mal, nous pouvons trouver un moyen de le prévenir » en concevant de nouveaux médicaments pour interagir avec les protéines, dit Pande. « Le vrai problème est que nous comprenons à peine le repliement »

Le repliement de protéines est un phénomène si complexe que cela prendrait des décennies à un ordinateur ordinaire pour le comprendre. C'est là que des logiciels comme Folding@home entrent en jeu. Comme SETI@home, le projet Folding@home utilise un économiseur d'écran pour réunir des milliers d'ordinateurs à travers le monde, via internet, en l'équivalent d'un supercalculateur.

Depuis le début du projet, il y a deux ans, Folding@home a été téléchargé par plus de 200.000 volontaires. L'équivalent de plus d'un million de jours de calcul a contribué en plusieurs mois à la recherche récemment publiée.
Celle-ci met en lumière le fonctionnement interne de formes mutantes de la protéine BBA5 (une petite protéine créée artificiellement en laboratoire).

« Cette protéine n'est qu'un modèle , largement étudié en raison de ses propriétés de repliement » dit Pande. « Elle a des parentés biologiques avec des protéines qui ont des fonctions qu'elle n'a pas. »

Ce qui est exceptionnel avec la BBA5 mutante est que son activité moléculaire a été étudiée en laboratoire aussi bien que dans la simulation de Folding@home. Les tests de laboratoire faisaient intervenir des impulsions laser pour réchauffer une solution de protéines, mettant en lumière le processus de repliement. Les scientifiques ont surveillé le taux de changement ainsi que la stabilité de la protéine sur une période de moins d'une microseconde.

A la fin, il y a eu une excellente concordance entre les résultats expérimentaux et ceux issus de Folding@home, ont rapporté Pande et ses collègues. Les autres chercheurs participant à l'étude étaient Christopher Snow de Stanford, et Houbi Nguyen et Martin Gruebele de l'université de l'Illinois.

La route est longue

Pande explique que l'expérience nous éclaire sur les façons dont les protéines peuvent se plier.

« Une des grandes questions dans le pliage de protéines est : si nous pouvions lancer 100 simulations du même repliement, se ferait-il toujours de la même façon, ou emprunterait-il une autre voie ? » dit-il. « Savoir qu'il prend le même chemin permettrait de se concentrer dessus ».

Aussi bien les simulations que les tests de laboratoires montrent que le travail serait encore plus compliqué que cela.

« Ce que nous avons trouvé est la grande multiplicité des chemins possibles » dit Pande.
Les chercheurs expliquent que leurs méthodes comportent des limitations, allant du fait qu'ils utilisent des « critères qualitativement raisonnables mais néanmoins arbitraires » pour apprécier ce qui se passe dans les protéines, aux marges d'erreurs dans les mesures expérimentales de ces mêmes critères.

Néanmoins, Pande confie que les simulations permettent de comprendre les repliements moléculaires là où les expériences ne peuvent rien – et que ces réseaux de simples ordinateurs peuvent faire le travail aussi bien qu'un supercalculateur. Il fait en particulier référence au projet Blue Gene d'IBM, qui tente lui aussi de percer le mystère des repliements moléculaires. IBM prend part à la recherche sur les protéines publiée ce mois ci dans Proceedings of the National Academy of Sciences.

« Nous avons toujours été David contre ce Goliath et ses 100 millions de dollars » dit Pande.

Dans le futur, les David du calcul distribué du monde entier devraient travailler encore plus de concert. Le directeur du projet SETI@home , David Anderson, disait la semaine dernière qu'une nouvelle plate-forme, développée pour la traque des extraterrestres, doit être partagée avec Folding@home ainsi que ClimatePrediction.net. Si cela devait aboutir, les internautes pourraient passer d'un projet de calcul distribué à un autre plus facilement.

« L'informatique distribuée en général est devenue à la mode » dit Pande. « Il y a tous ces projets… et il est toujours intéressant de se demander où vont tous ces cycles de calcul. Ce n'est pas tout d'être à la mode. Il est vraiment difficile d'être sûr, alors que nous faisons nos expériences, que nous ne gaspillons pas le temps des gens ».

La simulation par ordinateur perce le secret de la maladie
Computer simulation yields disease insight (The Washington Times)
par Steve Mitchell, correspondant médical de UPI à Washington.
(trad. Turlupin en pétard)

PALO ALTO, Californie, 20 octobre 2002 (UPI) - En réunissant en réseau des milliers d’ordinateurs de par le monde, des scientifiques ont déclaré, Dimanche, avoir réuni assez de puissance de calcul pour simuler précisément le repliement d’une protéine dans le corps, une avancée qui pourrait mener à une meilleure compréhension et au traitement de maladies allant de celle d’Alzheimer à celle dite « de la vache folle ».

Le repliement des protéines est un processus qui leur fait prendre une forme tri-dimensionnelle précise, laquelle est nécessaire à l’expression de leur fonction dans l’organisme. Comprendre ce processus est vital car « un grand nombre de maladies résultent d’un repliement anormal d’une protéine », déclara à UPI le Docteur Vijay Pande, maître assistant de chimie et de biologie structurale à l’Université de Stanford et co-auteur de cette recherche.

« Quand le processus se déroule anormalement beaucoup de conséquences néfastes peuvent en découler » dit Pande, en faisant remarquer que le repliement anormal de protéines peut jouer un rôle dans des maladies telles que celle d’Alzheimer, Parkinson et Creutzfeld-Jakob (équivalent humain de la « maladie de la vache folle »).

Malheureusement, le repliement des protéines est si rapide qu’il se mesure en unités aussi petites que quelques millionièmes de secondes, ce qui rend difficile son étude en temps réel. C’est pourquoi la simulation par ordinateur a été proposée comme une solution, mais la quantité massive de calculs à effectuer s’est révélée trop importante pour être confiée à un seul ordinateur.
Pande dit qu’en utilisant un seul ordinateur « il faudrait 10.000 jours ou 30 ans pour voir le repliement d’une seule protéine ».

L’équipe de Pande a imaginé une meilleure méthode en reliant plus de 30.000 ordinateurs, ramenant le délai de 30 ans à seulement 2, ainsi qu’ils en firent état dans une étude publiée sur le site Web de Nature et à paraître prochainement dans un numéro du British Journal.
Cette équipe a développé un programme nommé Folding@Home qui divise de grands volumes de calcul et les distribue à des milliers d’ordinateurs dans le monde – de la même façon que des milliers d’ordinateurs personnels aident au traitement de signaux provenant peut-être de civilisations étrangères pour le projet SETI.

Le programme Folding@Home existe sous la forme d’un économiseur d’écran ou d’un programme à faible priorité tournant en tâche de fond sur les ordinateurs des volontaires qui l’ont téléchargé. Le programme reste, pour l’essentiel, invisible aux utilisateurs, dit Pande. Cette technique est connue comme « calcul distribué » et les 30.000 ordinateurs impliqués produisent un peu plus de puissance de calcul que la réunion de tous les supercalculateurs mis en œuvre par la NSF (Fondation Nationale pour la Science), dit-il. Ceci leur permet de créer des simulations qui sont « 1 million de fois plus longues que les simulations typiquement produites actuellement. »

En utilisant une seule protéine, étudiée de manière approfondie dans son laboratoire par Martin Gruebele, professeur de chimie, physique et biophysique à l’Université d’Illinois à Urbana-Champaign, l’équipe de Pande a établi que la simulation par ordinateur du repliement de cette protéine présente une très bonne concordance avec les résultats expérimentaux. La simulation est précise et fiable et pourrait être utile dans la mise au point de nouveaux médicaments basés sur le repliement des protéines, dit Pande. Il fait remarquer que nombre de compagnies pharmaceutiques ont exprimé leur intérêt pour cette technologie.

Charles Brooks, professeur de biophysique à l’Institut de Recherche Scripps, qui a écrit dans Nature un commentaire sur la recherche, a déclaré à UPI : « Ceci est une indication supplémentaire de ce que les méthodes de simulation peuvent être appliquées à d’autres questions en relation avec le repliement des protéines et probablement plus encore avec le repliement anormal des protéines » de même qu’avec la maladie.
Il ajouta :

« Ceci dresse un tableau très clair de l’usage de la simulation dans ces domaines d’intérêt biomédical. »

Pande reconnaît que le calcul distribué représente une grande promesse pour l’étude du repliement des protéines. Il dit : « Cela nous permet de mettre les mains dans la machine, cela fait de nous presque des dieux dans cet univers », ajoutant que le nombre des volontaires dépasse maintenant les 40.000 et que chaque jour environ 300 nouveaux utilisateurs téléchargent le programme.

Ceci donne à l’équipe de Pande une puissance de calcul qui « est 100 fois celle dont disposent nos collègues, ce qui nous donne la responsabilité d’en faire quelque chose de vraiment important » dit Pande. « Si nous ne pouvons faire quelque chose que les autres n’ont pas encore fait, alors nous sommes dans l’erreur. »

Pande dit que son équipe « appliquera ces acquis à la maladie d’Alzheimer et tentera de comprendre la nature du repliement anormal dans cette maladie. » Il n’y a pas de traitement pour cette maladie qui touche actuellement 4 millions d’américains et pourrait en concerner 14 millions d’ici 2050 si aucun traitement n’est trouvé.

Les économiseurs d'écrans résolvent un puzzle médical
Screensavers crack medical puzzle (BBC News)
(trad. Turlupin en pétard)

La puissance inutilisée de milliers d'ordinateurs a aidé les scientifiques à résoudre un problème complexe, ce qui pourrait un jour les aider à combattre la maladie.
C'est l'une des premières fois où ce que l'on appelle le "calcul distribué", dans lequel les ordinateurs de chaque volontaire effectuent le calcul d'une partie des données, a abouti à la publication d'un document de recherche dans un journal scientifique de référence.

Les problèmes éligibles au "calcul distribué" sont ceux qui demanderaient des années de calcul à un ordinateur isolé ou à un petit groupe de ordinateurs.
Mais si la tâche est répartie entre des milliers d'ordinateurs le temps nécessaire à son exécution chute de façon spectaculaire.
Le logiciel téléchargé passe à l'action quand l'ordinateur est sous-employé.
Le principe a été utilisé tant pour la mise au point de nouveaux médicaments que pour la recherche de vie extra-terrestre.

L'énigme du repliement.

Le projet Folding@Home, mené par des scientifiques de l'Université de Stanford aux Etats-Unis, a abouti à un succès.
Il consiste en une étude des protéines, messagers chimiques essentiels qui contrôlent de nombreuses fonctions vitales du corps.
Chaque longue molécule de protéine est une séquence d'acides aminés repliée selon une forme tridimensionnelle complexe qui est la clef de son action spécifique.
On pense qu'un repliement anormal des protéines joue un rôle dans de nombreuses maladies, parmi lesquelles la maladie de Creutzfel-Jacob (CJD) et la maladie d'Alzheimer.
Le but du projet Folding@Home est de simuler une partie de ce processus de repliement de protéine, lequel se déroule en quelques microsecondes.
Il faudrait une journée entière à un seul ordinateur moyen pour simuler juste une nanoseconde de ce repliement.

Volontaires bénévoles

Folding@Home a été lancé il y a deux ans, et a, jusqu'à ce jour, recruté 200.000 propriétaires d'ordinateurs.
Une nouvelle recrue téléchargera le logiciel de traitement des données, puis se verra assigner une part spécifique du calcul à effectuer, et renverra les résultats lorsque celui-ci sera terminé.
Un groupe de 30.000 ordinateurs a ainsi pu effectuer 32.500 simulations de repliement et et accumuler des données représentant 700 microsecondes.
Les résultats - prévoyant un temps de repliement de 6 microsecondes pour une protéine particulière - furent conformes aux tests de laboratoire.
Le Docteur Vijay Pande, de l'Université de Stanford, déclara : "Ces expériences représentent un grand succès pour le calcul distribué. Comprendre comment les protéines se replient sera d'une importance primordiale dans la compréhension d'un grand nombre de maladies"
Les résultats seront publiés dans la version "online" de la revue Nature.
Ceci est, sans conteste, le premier succès du calcul distribué - qui a auparavant permis de résoudre des problèmes mathématiques complexes - car c'est le premier à être publié dans une revue telle que Nature.
Le projet le plus célèbre, Recherche d'Intelligence Extra-Terrestre (SETI), qui analyse les données d'un radio-téléscope, a également ouvert quelques pistes prometteuses.

Un projet de biologie inspiré par Seti@Home publie ses premiers résultats scientifiques
SETI@home-Inspired Biology Project Publishes First Scientific Results (The Planetary Society)
par Amir Alexander
(trad. Turlupin en pétard)

28 Octobre 2002 : utilisateurs de Seti@Home, prenez note : vous avez maintenant de la compagnie dans le domaine du calcul distribué. Un article publié dans le numéro du 20 Octobre 2002 de la revue Nature rapporte les premiers résultats scientifiques de Folding@Home, un projet qui utilise le même concept que Seti@Home pour la recherche en biologie moléculaire. Avec l'aide de milliers d'ordinateurs personnels dans le monde, le projet modélise l'un des processus fondamentaux de la vie : le repliement des protéines.

Les protéines, composées de longues chaînes d'acides aminés, sont les constituants élémentaires du vivant. Dans nos corps elles sont à la fois les éléments constitutifs de nos os, muscles et cheveux, et, sous formes d'enzymes, sont essentielles dans toutes les réactions biochimiques. Pour remplir ces fonctions, toutefois, les protéines ne peuvent rester sous forme de simples chaînes, ou colliers d'acides aminés. Elles doivent se replier selon des formes complexes très spécifiques. L'un des plus étonnants aspects de la chimie de la vie, et aussi l'un des moins compris, est que les protéines le font de manière fiable, efficace et rapide. Modéliser ce processus à l'échelle atomique s'est révélé être l'un des défis les plus difficiles du calcul en biologie.

La principale difficulté dans la simulation du repliement d'une protéine est le temps, explique Vijay S. Pande de l'Université de Stanford, l'un des chefs du projet Folding@Home. "Pour de petites protéines, le temps de repliement se mesure en microsecondes (millionièmes de seconde), mais il faut, en moyenne, une journée à un ordinateur pour simuler juste une nanoseconde (milliardième de seconde) de ce repliement", dit-il. A ce rythme il faudrait presque 3 ans pour simuler une microseconde de repliement, et peut-être une ou deux décennies pour analyser le repliement d'une seule protéine. Les biologistes réalisèrent alors que c'était une façon à peine raisonnable de résoudre le problème.

C'est dans ce contexte que le succès remarquable de Seti@Home attira l'attention de Pande et ses collègues. Trois ans et demi après son lancement, Seti@Home a engrangé non pas une ou deux décennies, mais plus d'un MILLION d'années de temps de calcul, à la recherche d'un signal provenant d'une civilisation extra-terrestre. Une telle puissance de calcul pourrait aisément résoudre les difficultés de la simulation du repliement des protéines.

Pour tirer parti de ce remarquable potentiel, Pande et ses collègues lancèrent Folding@Home en Octobre 2000. Deux ans plus tard le projet a été rallié par plus de 200.000 participants, et leur nombre augmente chaque jour. Finalement ces efforts ont porté leurs fruits puisque le projet a commencé à produire des résultats scientifiques nouveaux et précieux.

L'article de Nature rapporte les résultats de la simulation du repliement de deux formes mutantes de la protéines BBA5. Dans ce cas, Pande et ses collaborateurs ont distribué différents scénarii à 30.000 ordinateurs participants. Les simulations ont été faites selon différentes échelles de temps, différentes températures. Une fois toutes les données traitées et renvoyées à Stanford, les chercheurs disposèrent alors de données décrivant pas moins de 700 microsecondes de repliement, basées sur 32.500 simulations. En utilisant ces données ils purent déterminer le modèle et la vitesse de repliement d'une molécule BBA5 moyenne.

Mais avant que les résultats d'un projet tel que Folding@Home puissent être acceptés par la communauté scientifique, il doivent être vérifiés. C'est seulement si les nouveaux résultats coïncident avec ceux produits par des méthodes éprouvées que les scientifiques pourront se fier aux données futures produites par les méthodes de calcul distribué. Par conséquent, Pande et son équipe mirent à contribution Houbi Nguyen et Martin Gruebele de l'Université d'Illinois à Urbana, spécialistes de la mesure de la vitesse de repliement par chauffage de chaînes protéiniques au laser. Quand les résultats de l'expérimentation leur revinrent, Pande et ses collègues jugèrent que la correspondance avec les données produites par Folding@Home était excellente. La nouvelle technique de calcul distribué avait démontré sa fiabilité.

La recherche sur le repliement des protéines ne se réduit pas à la seule satisfaction de la curiosité des chercheurs. Dans les faits cette recherche pourrait aider les scientifiques et les médecins à développer de nouveaux traitements pour quelques unes des plus incurables maladies. On considère le repliement anormal des protéines comme une des causes majeures d'affections telles que la maladie d'Alzheimer, la maladie de Parkinson, la mucoviscidose , et l'encéphalopathie spongiforme bovine (maladie de la vache folle). Une meilleure compréhension du processus de repliement pourrait aider les scientifiques à trouver des moyens de compenser les repliements anormaux, et même de produire des versions synthétiques de ces protéines correctement repliées.

Personne ne peut dire jusqu'où nous mènera cette nouvelle voie de recherche. Mais, depuis la recherche d'intelligence extra-terrestre jusqu'à l'exploration des atomes et des molécules qui nous constituent, il est clair que le calcul distribué est une ressource d'un immense potentiel. Avec Seti@Home et Folding@Home ce potentiel commence à être exploité.

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