Des chercheurs américains du Salk Institute for biological studies (La Jolla, Californie) ont développé une méthode d’apprentissage automatique qui prédit l’âge avec une erreur de 4 ans, surpassant les méthodes utilisées précédemment. Ils ont analysé des cellules de la peau et ont recherché des signatures moléculaires pouvant prédire l’âge. Les résultats de leurs travaux* ont été publiés le 20 décembre 2018 dans la revue Genome Biology.
Distinguer âges biologique et chronologique
L’âge biologique et l’âge chronologique ne sont pas toujours identiques. Bien que l’alimentation, l’activité physique et d’autres facteurs jouent un rôle dans le vieillissement, de nombreux autres contributeurs expliquent pourquoi et comment certaines personnes vieillissent mieux que d’autres mais ils restent mal identifiés. Or, c’est un défi majeur qui consiste à identifier les biomarqueurs moléculaires et cellulaires du vieillissement car ils pourraient prédire la durée de vie et être utiles pour évaluer les changements de mode de vie et les stratégies thérapeutiques dans la poursuite du vieillissement en bonne santé.
Des chercheurs en biologie appartenant au Salk Institute for biological studies, situé à La Jolla en Californie, ont développé une méthode de calcul pour prédire l’âge biologique de l’expression des gènes dans des cellules de la peau appelés « fibroblastes », en utilisant un ensemble de classificateurs d’apprentissage automatique.
Ils ont généré un vaste ensemble de données sur le séquençage de l’ARN de lignées cellulaires de fibroblastes issues de 133 individus en bonne santé âgés de 1 à 94 ans. Ils ont choisi ce type de cellule pour deux raisons : premièrement, les cellules sont faciles à obtenir avec une simple biopsie cutanée non invasive ; deuxièmement, des études antérieures ont indiqué que les fibroblastes sont susceptibles de contenir des signatures de vieillissement.
Des algorithmes pour prédire le vieillissement
« Cette expérience a été conçue pour déterminer s’il existe des signatures moléculaires du vieillissement sur toute la durée de la vie, a expliqué Saket Navlakha, professeur adjoint au laboratoire de biologie intégrative du Salk Institute et auteur principal des travaux. Nous voulions développer des algorithmes permettant de prédire un vieillissement en bonne santé et un vieillissement en mauvaise santé, et essayer de trouver les différences. »
Pour valider l’algorithme, l’équipe a utilisé des fibroblastes de 10 patients atteints de progéria, une maladie génétique caractérisée par un vieillissement accéléré.
Un système d’apprentissage automatique (machine learning) a permis aux chercheurs d’adopter une nouvelle approche qu’ils ont qualifiée « d’évier de cuisine ».
« Plutôt que de nous lancer dans cette recherche avec une idée de ce que nous voulions trouver, nous avons décidé d’examiner l’évolution de l’expression de tous les gènes codant pour les protéines et de laisser les algorithmes résoudre le problème, a déclaré Jason Fleischer, premier auteur de l’étude. Nous avons utilisé ce que l’on appelle une méthode d’ensemble d’apprentissage automatique d’ensemble. »
Les résultats de cette étude ont été publiés le 20 décembre 2018 dans Genome Biology.
Résultats : une marge d’erreur de 4 ans
- Les algorithmes ont permis de prédire l’âge de 133 autres individus avec une erreur médiane de 4 ans, un résultat bien plus précis que les algorithmes précédents utilisés pour prédire l’âge à partir de biomarqueurs.
- Sur la base de l’analyse des signatures moléculaires des patients atteints de la progéria, âgés de 2 à 8 ans, le modèle a prédit qu’ils auraient environ 10 ans de plus que leur âge calendaire.
Les auteurs de ces travaux estiment que le niveau de performance de prévision utilisant peu d’échantillons est encourageant mais que les performances de leur méthode augmenteront avec des échantillons supplémentaires.
D’autres travaux sont donc nécessaires pour tester ce système de machine learning. Cependant, l’ensemble des données était beaucoup plus vaste que toutes les recherches de ce type jamais réalisées auparavant car il incluait un nombre considérable de personnes représentant plusieurs décennies. Les chercheurs ont d’ailleurs rendu les données publiques pour que d’autres chercheurs puissent les utiliser.
En outre, la méthode d’ensemble a prédit que les patients atteints de progéria étaient significativement plus âgés que les témoins du même âge, ce qui suggère que les prédictions effectuées peuvent refléter l’âge biologique plutôt que l’âge chronologique.
Le machine learning au service de la prévention
Les chercheurs soulignent aussi que le fait que quelque chose soit prédictif du vieillissement ne signifie pas pour autant qu’il s’agit de la cause du vieillissement. Malgré tout, si les résultats sont validés, les médecins pourraient utiliser ce type d’analyse pour déterminer quand commencer le dépistage des affections liées à l’âge de leurs patients et les conseiller sur les choix de vie appropriés.
Davantage de recherche doit être réalisée avant que des traitements préventifs puissent être développés. L’une des prochaines étapes consistera à rechercher ces signatures dans d’autres types de cellules.