ARMONK (NEW YORK), le 15 juin 2010 — Des chercheurs ont découvert un moyen d’automatiser et d’accélérer le processus — jusqu’ici laborieux et intensif en main-d’œuvre — qui permet aux chercheurs de découvrir la structure des protéines suspectées de jouer un rôle dans le développement des cancers et, à terme, de mettre au point des traitements pour cette maladie. La nouvelle approche automatisée pourrait également aider dans la lutte contre d’autres maladies et dans les recherches liées aux aliments.
La percée technologique annoncée aujourd’hui est l’œuvre du projet Help Conquer Cancer (Aider à vaincre le cancer), avec l’aide d’IBM et du World Community Grid (WCG), un réseau reliant les ordinateurs de bureau des participants bénévoles qui offrent gratuitement le temps de traitement inutilisé de leurs PC aux projets de recherche à but non lucratif. Placé sous le parrainage d’IBM, World Community Grid met gratuitement à la disposition des chercheurs du monde entier l’équivalent de plusieurs millions de dollars en puissance informatique dans le but de faire avancer la recherche dans les domaines médical, environnemental, de la nutrition et de l’énergie.
Puisant dans les ressources de calcul du World Community Grid, le projet Help Conquer Cancer a mis au point un système pour déterminer avec précision le moment où un échantillon de protéine passe à l’état solide selon le processus de cristallisation et devient ainsi prêt pour l’étape suivante, qui est la radiographie par rayons X spéciaux. Ce processus permet de déterminer et de comprendre à quel point la forme, la structure et l’interaction de certaines protéines pourraient avoir un rôle à jouer dans le développement du cancer.
Menant leurs travaux avec l’aide de la grille WCG, des chercheurs ont appris au système à reconnaître avec succès 80 % des images indiquant des cristaux et 98 % des gouttes transparentes de protéine liquide avant qu’elle ne se solidifie. Cela a permis d’examiner six fois plus d’images par protéine comparativement à l’examen visuel par un humain, et ce, en une fraction du temps.
Grâce à l’identification automatisée des cristaux, il sera possible d’accélérer les recherches en biologie et génétique étant donné que la cristallisation des protéines joue un rôle déterminant dans un grand nombre de processus biologiques. L’avancée technologique pourra également aider à valider le travail effectué par d’autres projets et portant sur la structure des protéines, par exemple, Nutritious Rice for the World, qui a aussi recours au WCG dans ses travaux de recherche sur les nouvelles souches de riz plus résistantes.
On trouvera un article des auteurs de la découverte, membres du projet Help Conquer Cancer, dans le dernier numéro du Journal of Structural and Functional Genomics (en anglais).
La cristallisation permet aux faisceaux de rayons X de frapper l’échantillon et de dévier la lumière dans des directions multiples, créant un profil en trois dimensions plus facile à étudier. Cependant, c’est aussi une opération fastidieuse : un seul échantillon de protéine peut nécessiter des milliers de tentatives d’amorçage de cristallisation via l’ajout de composés chimiques à l’aide d’un robot. Dans l’état actuel de la science, l’observation humaine demeure encore nécessaire pour déterminer si les cristaux sont présents.
Importance de la cristallisation
La cristallographie aux rayons X a joué un rôle déterminant dans plusieurs grands chantiers de recherche scientifique, notamment dans la découverte de la structure de l’ADN vers le milieu du XXe siècle. Les protéines ne sont pas les seules substances qui se cristallisent, phénomène qui favorise grandement l’examen scientifique. Les scientifiques ont aussi recours à la cristallographie aux rayons X pour étudier les métaux, les minéraux les et semi-conducteurs.
«Cette percée vient souligner encore une fois la superbe contribution du World Community Grid à la recherche scientifique», a affirmé Igor Jurisica, Ph. D., chercheur principal à l’Institut du Cancer de l’Ontario, professeur adjoint aux départements d’informatique et de biophysique médicale de l’Université de Toronto, chercheur invité du Centre d’études avancées d’IBM et titulaire de la chaire Recherche Canada en biologie computationnelle intégrative. «Les gens qui ont gracieusement offert la puissance de calcul non utilisée de leurs PC devraient tirer une juste fierté de leur contribution qui a rendu cette avancée possible.»
«Cette nouvelle percée nous fait réaliser que c’est un honneur pour IBM de s’associer au World Community Grid et de soutenir le travail des scientifiques qui font appel au WCG», de dire Joseph Jasinski, Ph. D., ingénieur émérite et directeur en chef de programme, Institut IBM des soins de santé et des sciences de la vie. «Nous avons bon espoir que la percée technologique annoncée aujourd’hui aidera les chercheurs à trouver des moyens d’améliorer la compréhension des maladies.»
Le cancer a causé 13 % de la mortalité en 2007, d’après l’Organisation mondiale de
La grille WCG alimente une large panoplie de projets
Le projet Help Conquer Cancer (Aider à vaincre le cancer, à l’adresse http://www.worldcommunitygrid.org/research/hcc1/overview.do, a été lancé sur WCG le 1er novembre 2007, sous le patronage de l’Institut du Cancer de l’Ontario, hôpital Princess Margaret de l’University Health Network, à Toronto, au Canada, et à Buffalo, au Hauptman-Woodward Medical Research Institute, dans l’État de New York.
Depuis sa création, les participants bénévoles ont contribué 50 981 années-processeur au projet de recherche sur le cancer, soit en moyenne 54 années de calcul par jour. La grille WCG aide l’Institut Hauptman-Woodward à identifier et à mapper ses 100 millions d’images de 12 500 protéines suspectées d’être liées au cancer, images saisies au cours des 19,2 millions d’expériences qui y ont été conduites.
Cela englobe une volumineuse base de données sur les caractéristiques chimiques d’un grand nombre de protéines, une précieuse ressource qui permettra aux chercheurs de tous les pays de mieux comprendre le développement de certains cancers, comme le cancer du sein et le cancer de la prostate, ainsi que la leucémie infantile.
L’examen computationnel procure des avantages sur les plans quantitatif et qualitatif. Il est, par exemple, peu pratique pour des êtres humains de scruter les 9 216 images d’une protéine donnée. Même à la vitesse de une image examinée à la seconde, cela prendrait 1 333 jours pour passer à travers les 12 500 protéines concernées. Par ailleurs, il peut y avoir des incohérences dans les résultats, même si tous les échantillons ont été scrutés par la même personne.
Au début de l’automatisation des examens de vérification de la cristallisation, les ordinateurs employés produisaient un taux de précision de 70 % seulement et ne pouvaient traiter que 850 attributs, comparativement à environ 15 000 de nos jours.
À propos du World Community Grid
Le projet Aider à vaincre le cancer est mené sur la grille WCG parrainée par IBM. En réunissant les cycles de processeurs inutilisés de plus de 1,5 million de PC, offerts par des centaines de milliers de bénévoles dans 80 pays, World Community Grid est la grille publique à vocation caritative la plus vaste du monde et possède la puissance de l’un des plus gros superordinateurs en existence. Pour le seul mois d’avril 2010, plus de 22 000 unités y ont été ajoutées.
World Community Grid délivre l’équivalent de presque 180 téraflops, soit 180 billions d’opérations en virgule flottante par seconde. Le projet de recherche sur le cancer exige environ 80 téraflops de puissance de calcul.
Voici d’autres projets qui ont fait appel aux ressources du World Community Grid et qui obtenu des résultats probants :
- Projet Discovering Dengue Drugs Together : A identifié des composés antiviraux potentiels pour lutter contre la fièvre de dengue et les maladies connexes.
- Projet Help Fight Childhood Cancer : A trouvé des médicaments susceptibles de désactiver trois protéines liées au neuroblastome, permettant de faire avancer la recherche sur le traitement des tumeurs solides fréquentes chez l’enfant.
- Les chercheurs du Scripps Research Institute détachés au projet FightAIDS@Home ont découvert dernièrement deux composés qui mèneront à la mise au point de nouvelles thérapies contre les souches de VIH résistantes aux médicaments.
- Projet Nutritious Rice for the World : A achevé de traiter 12 millions de calculs ayant pris 11 000 années-processeur dans le cadre des recherches sur de nouvelles souches de riz plus résistantes.
- Recherche sur le traitement de la dystrophie musculaire et d’autres pathologies neuromusculaires.
Les personnes souhaitant offrir le temps de processeur de leurs ordinateurs sont invitées à s’inscrire à www.worldcommunitygrid.org, et à installer une application légère, sécurisée et sans frais sur leur PC (avec système d’exploitation Linux, Microsoft Windows ou Mac OS). L’ordinateur demandera de recevoir des données du serveur World Community Grid lorsqu’il est inactif, ou entre deux frappes de touche dans une tâche légère, et participera aux calculs dans le cadre du projet de recherche sur les protéines susceptibles de causer le cancer.
IBM a fait don de matériel, de logiciels et de services techniques dans la réalisation de l’infrastructure de la grille WCG; l’entreprise fournit également sans frais l’hébergement, la maintenance et le soutien.
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