L’Institut Pasteur a inauguré le 13 septembre 2018 deux nouveaux bâtiments « Omics » dédiés à la production, au stockage sécurisé et harmonisé ainsi qu’à l’analyse de données massives engendrées par des travaux de génomique (séquençage et analyse de l’ADN de cellules), d’épigénomique (analyse des modifications épigénétiques de l’ADN), de transcriptomique (étude de l’ARN), de protéomique (étude de l’ensemble des protéines d’une entité biologique), de métagénomique (caractérisation des communautés de micro-organismes) et de génotypage (analyse des polymorphismes génétiques).
Cette nouvelle structure, conçue et bâtie dans un contexte d’amélioration des techniques de séquençage, d’émergence du big data en santé et dans les sciences de la vie, et dans une volonté de favoriser la pluridisciplinarité ainsi que l’ouverture de la science, accueillera notamment :
• des experts du séquençage dans un pôle « Biomics » ;
• des mathématiciens, statisticiens et informaticiens capables d’exploiter ces données au sein d’un « hub ».
En effet, la capacité à générer des données massives dans les sciences de la vie a profondément transformé les approches en recherche et en santé publique, qui doivent, pour pouvoir conserver et exploiter ces données, s’ouvrir à l’interdisciplinarité, aux échanges entre disciplines ainsi qu’entre équipes de professionnels.
C’est pourquoi l’Institut Pasteur, pour s’adapter à ces changements et à l’apparition de cette nouvelle biologie dite « computationnelle », a transformé une ancienne résidence universitaire en un pôle d’expertise dont la construction aura coûté 9 millions d’euros financés par des dons du public, s’est doté de nouveaux séquenceurs à haut débit, et a recruté environ 40 experts amenés à travailler :
• avec les équipes de recherche de l’Institut Pasteur et du Réseau international des instituts Pasteur, qui disposeront ainsi d’un accès facilité à des solutions de production, de stockage et d’analyse des données ;
• avec les partenaires de l’Institut Pasteur, dans le cadre de recherches ou de missions de santé publique.
À quels types de travaux de recherche et de santé publique serviront ces nouvelles installations ?
Selon Olivier Schwartz, directeur scientifique de l’Institut Pasteur et responsable de l’unité « virus et immunité », de telles installations permettront à l’institut de réaliser 3 grands types de travaux.
1. Séquencer à échelle industrielle des échantillons de micro-organismes (virus, bactéries, parasites, champignons)
Un séquençage systématique, harmonisé selon un cahier des charges précis de toutes les collections de l’Institut Pasteur ainsi que de tous les échantillons reçus par l’Institut, devrait permettre de prévoir l’émergence d’épidémies, de caractériser ces épidémies et d’analyser la sensibilité des pathogènes aux molécules thérapeutiques afin de guider la conception de vaccins et de traitements adaptés.
Aussi, l’un des enjeux d’un tel programme de séquençage est de pouvoir répondre plus facilement et plus rapidement à des besoins de santé publique urgents.
2. Analyser le contenu de cellules afin de les comparer entre elles
Si l’analyse du contenu de cellules procaryotes (bactéries) ou de virus peut permettre de comparer le génome de milliers de pathogènes entre eux afin, par exemple, de repérer l’apparition d’un gène de résistance aux traitements, l’analyse du contenu de cellules eucaryotes (notamment comme les cellules animales ou humaines) tumorales et leur comparaison à des cellules issues de tissus normaux pourrait par exemple aider à comprendre les processus de tumorisation. L’enjeu serait notamment de pouvoir bloquer ce processus pathogène éventuellement de façon personnalisée, adaptée à une tumeur particulière d’un patient donné.
3. Stocker, classer, ordonner, analyser les données produites par des techniques d’imagerie macro ou microscopiques
Les données générées par des techniques d’imagerie médicale ou microscopique s’accumulent et le progrès des techniques accroissant la définition des images rend parfois les clichés de plus en plus complexes à lire et à analyser. Si en enjeu réside dans la capacité à stocker de telles données de façon sécurisée, un autre consiste en le développement de solutions d’aide à la lecture d’images complexes, d’aide à la recherche ou d’assistance aux professionnels de santé (diagnostic, préparation d’interventions chirurgicales, etc.).
Finalement, il s’agit de développer dans les différents domaines d’expertise de l’institut une démarche intégrée, qui va de l’échantillon vers l’interprétation des résultats.
Pourquoi centraliser les installations dans un seul pôle d’expertise ?
La centralisation de tels moyens vise d’abord à optimiser le séquençage et l’analyse des données pour accélérer les recherches et faciliter la réponse de l’Institut Pasteur à des urgences de santé publique : l’accélération du séquençage et de l’analyse augmente l’accessibilité à de tels services pour de nombreuses équipes de recherche ainsi que pour des acteurs de la santé publique en France et dans d’autres pays. La mutualisation des moyens permet en outre la coordination des 33 établissements de l’institut, répartis dans 26 pays du monde.
De plus, la polarisation des installations garantit un stockage des données sécurisé, des données qui n’ont pas à sortir de l’Institut Pasteur. Ainsi, d’après Olivier Schwartz, une des ambitions de l’Institut Pasteur est d’héberger une base de données cliniques et comportementales sécurisée et européenne sur l’autisme.
Enfin, il s’agit de réussir à séquencer toutes les collections d’échantillons de l’institut afin de valoriser ces dernières et de pouvoir accéder plus facilement à ces collections, alors que le transport des échantillons demeure problématique en 2018, notamment pour des raisons réglementaires.
Intérêt de santé publique : l’exemple de la plateforme P2M
P2M est une plateforme de microbiologie mutualisée à destination de l’ensemble des 14 centres nationaux de référence (CNR) de l’Institut Pasteur accueillie au sein du pôle « Omics » à des fins de santé publique : elle permet de séquencer rapidement – 20 000 à 26 000 séquences d’acides nucléiques peuvent y être déterminées et analysées chaque année – selon un cahier des charges précis et à bas coût des échantillons de pathogènes repérés dans la population et transmis par des hôpitaux, des médecins, des laboratoires de ville, l’Inra, le Cirad, etc., aux CNR.
Elle a été mise en place récemment après la preuve de concept, en 2015, de l’intérêt du séquençage à haut débit des échantillons transmis par les centres nationaux de référence : un séquençage de qualité et rapide (la séquence du génome de bactéries telles que les Listeria monocytogenes peut être déterminée en 5 jours et analysée 10 jours après réception de l’échantillon), suivi de la comparaison du génome du pathogène étudié à celui d’autres pathogènes enregistré dans une banque de données, permet d’identifier rapidement l’agent d’une épidémie potentielle ou d’infections nosocomiales ainsi que ses sensibilités ou, au contraire, ses résistances aux traitements connus.
En effet, la technique de séquençage de nouvelle génération (NGS) utilisée par les équipes de P2M permet de réaliser le séquençage du génome de centaines micro-organismes pathogènes en même temps, de visualiser rapidement les séquences d’ADN ou d’ARN décelées et de comparer ces séquences à celles d’autres pathogènes envoyés simultanément à l’institut ou archivées dans une banque issue du séquençage des collections de l’Institut Pasteur, en cours de réalisation.
Les équipements qui ont permis d’industrialiser un tel procédé de séquençage ont été financé par MSD Avenir. Tout d’abord développés par la société Integragen pour la cristallographie, ils permettent aujourd’hui, en biologie moléculaire, de travailler avec de très faibles volumes d’ADN initiaux pendant 20 à 36 heures consécutives. Ainsi, la plateforme est capable de répondre à des urgences sanitaires telles que l’affaire Lactalis, survenue au cours de l’été 2018.
Outre la dotation de la plateforme en matériel de pointe, les personnels formés à l’utilisation de tels outils et suffisamment importants pour faire face à des crises de santé publique (épidémies, contamination de produits agro-alimentaires, etc.) constituent une richesse de la plateforme, rappelle Vincent Enouf, responsable de la plateforme de microbiologie mutualisée de l’Institut Pasteur.
