Les professeurs du nouveau département de biologie quantitative et computationnelle de l’USC Dornsife étudient divers problèmes, allant des sections de cartographie manquantes de l’ADN à la compréhension de la génétique partagée entre les groupes de population. Ils donnent également un sens à certaines des questions morales entourant la génétique – comme si les bases de données ADN devraient être utilisées pour localiser les criminels.
Inscrit dans nos cellules pourrait être notre avenir, une histoire écrite avant même que nous soyons nés.
L’ADN, comme le montre ce rendu 3D, porte des instructions qui influencent nos traits physiques et comportementaux. Source de l’image : Unsplash via USC, licence gratuite
Dans chaque cellule du corps humain, les gènes d’une personne contiennent des instructions qui influencent des traits comme la taille, la couleur des yeux et même si oui ou non nous aimons le goût de la coriandre. Et les variations de nos gènes peuvent modifier notre risque de contracter certaines maladies, telles que cancer du sein et la schizophrénie.
Bien sûr, ce n’est pas aussi simple que ça; de nombreux facteurs jouent un rôle. Certains gènes ne sont « activés » que dans certaines conditions environnementales. L’éducation ou les forces culturelles peuvent surmonter les prédispositions génétiques dans de nombreux cas, bien que les scientifiques ne soient pas certains dans quelle mesure.
Les chercheurs du nouveau Département de biologie quantitative et computationnelle (QCB) de l’USC Dornsife College of Letters, Arts and Sciences utilisent les mathématiques et l’informatique avancées pour répondre à certaines des questions importantes entourant nos gènes et le destin qu’ils prédisent.
La culture de QCB met l’accent sur l’informatique de pointe et la collaboration, visant à favoriser un environnement idéal pour la découverte. Dans d’autres universités, bon nombre de ces universitaires seraient les seuls chercheurs en informatique de leur département. Ici, ils en sont entourés.
« Au QCB, si je rencontre un problème de calcul, je peux simplement marcher dans le couloir et parler à quelqu’un », explique Michael « Doc » Edgeprofesseur adjoint de Quantitatif et biologie computationnelle. « Je peux réellement développer mon travail de cette façon. »
Trouver le chaînon manquant
En 2003, des scientifiques ont séquencé pour la première fois la majeure partie du génome humain, révélant toutes les lettres de code de notre ADN. Il a coûté environ un milliard de dollars et plus d’une décennie pour terminer. Depuis lors, les progrès de la technologie ont considérablement réduit l’effort. Il ne faudrait que quelques semaines et environ 1 000 $ pour faire ce même travail aujourd’hui.
La technologie qui produit actuellement un génome à ce prix a des inconvénients : Environ 3% du génome humain ne peut pas être interprété avec cette technologie. Pourtant, ces sections manquantes peuvent contenir des variations génétiques qui pourraient nous en dire beaucoup sur nous-mêmes.
« Si nous voulons prédire comment le génome d’une personne affectera sa réaction à un médicament, ou la probabilité qu’elle développe une maladie particulière, s’il nous en manque une fraction parce que nous utilisons cette technologie à lecture plus courte, alors nous ne voyons pas l’image complète », dit Marc Chaissonprofesseur adjoint de biologie quantitative et computationnelle.
Le laboratoire de Chaisson développe des méthodes puissantes et complexes pour ajouter ce pourcentage manquant. Une fois l’écart comblé, Chaisson et ses étudiants peuvent trouver plus d’informations sur la variation génétique et comment elle pourrait contribuer aux maladies héréditaires.
Une grande partie de son travail se concentre sur les variantes structurelles, qui se produisent sur une large bande de la séquence d’ADN plutôt que sur un seul petit point.
Une grande partie de son travail utilise des études à grande échelle et des bases de données massives, ce qui signifie que les puissants ordinateurs du QCB sont essentiels à ses recherches, tout comme ses collègues.
« Tout ce que nous produisons est soit le résultat d’une personne assise devant l’ordinateur elle-même, soit une conversation avec une autre personne ici et l’apprentissage de nouvelles compétences ou le partage d’idées », explique Chaisson.
Génétique complexe
Plus dans Le laboratoire d’Edgelui et ses étudiants étudient les « traits complexes », des traits qui résultent d’une combinaison de variations génétiques, de facteurs comportementaux et de conditions environnementales.
Par exemple, la taille d’une personne est influencée par des centaines de variantes génétiques, et c’est la façon dont ces variantes se mélangent qui dicte la taille d’une personne. Cependant, la taille est également fortement influencée par la nutrition. Une personne dont la génétique pourrait normalement lui faire pousser 6 pieds pourrait se retrouver plus courte en raison d’une nutrition inadéquate.
Edge étudie également les questions entourant la génétique et la vie privée. Une augmentation récente des tests génétiques pour les consommateurs à domicile, utilisés pour explorer son ascendance ou sa propension à certaines maladies, a abouti à de vastes bases de données d’informations génétiques
Les agents des forces de l’ordre et les consultants recherchent également de plus en plus un sous-ensemble de ces bases de données à l’aide d’ADN prélevé sur des scènes de crime, une méthode appelée «généalogie génétique médico-légale». Le Golden State Killer de Californie, qui a assassiné au moins 13 personnes et était pourchassé depuis les années 1970, a finalement été identifié en 2018 grâce à ce genre de recherche.
Edge a écrit à la fois sur la puissance de ce type de travail de détective et sur les problèmes de confidentialité qu’il soulève. Une personne qui télécharge son test génétique personnel dans une base de données d’ascendance télécharge involontairement des informations sur tous ses proches qui partagent ses gènes.
« Lorsque vous téléchargez un test, cela ne vous affecte pas seulement ; cela affecte potentiellement un tas de personnes avec lesquelles vous êtes lié, dont beaucoup que vous n’avez même jamais rencontrées », explique Edge. Les règles relatives à ces recherches ne sont actuellement appliquées que par les entreprises individuelles. Seuls deux États ont mis en place des lois sur la généalogie médico-légale.
« La majorité des gens avec qui j’ai parlé ne veulent pas interdire les perquisitions. Ils voudraient simplement réfléchir à toutes les implications avant d’autoriser un accès sans entrave.
Retrouver la famille
Malgré le potentiel incroyable de la génétique pour nous informer sur la maladie et l’histoire humaine, elle a aussi une histoire d’origine quelque peu inconfortable.
Depuis sa création au tournant du XXe siècle, la génétique a souvent été étroitement liée à eugénisme, l’effort pour reproduire les défauts perçus de la race humaine. La recherche génétique était souvent poursuivie ou cooptée par des eugénistes désireux d’éliminer les traits héréditaires «indésirables» par le biais de lois de stérilisation ou anti-métissage.
«La controverse en génétique découle du racisme qui a été introduit assez tôt dans notre domaine. La motivation initiale pour faire des études génétiques était de montrer qu’il existe des différences entre les races supposées, rendant ainsi certains groupes supérieurs à d’autres », explique Jazlyn Mooney, Gabilan Professeur adjoint de biologie quantitative et computationnelle. « Maintenant, notre objectif est de pousser notre travail dans la bonne direction, tout en reconnaissant que cette histoire complexe existe toujours. »
Mooney est un nouvel arrivant à l’USC Dornsife, ayant mis en place son laboratoire au printemps 2022. Elle se concentre sur la génétique des populations – la génétique partagée au sein d’un groupe particulier d’humains, comment les traits sont transmis et exprimés, et comment les maladies peuvent être héritées.
Elle fait partie des nombreux nouveaux généticiens qui ont l’intention de sortir le domaine de l’ombre de son passé. Les ensembles de données utilisés dans la recherche génétique et stockés dans les bases de données d’ascendance sont principalement européens, avec peu de représentation de non-européens tels que les groupes africains, afro-américains ou autochtones.
Mooney s’intéresse particulièrement à la compréhension de l’histoire et de la diversité des populations non européennes et mixtes. Les populations mixtes, comme les Afro-Américains, se produisent lorsque les personnes possèdent une ascendance génétique de deux ou plusieurs sources distinctes, telles que l’Europe et l’Afrique.
Ce travail est personnel pour Mooney, dont le père est afro-américain et la mère est hispanique et amérindienne. Elle peut retracer le côté maternel de la famille jusqu’en Espagne jusqu’aux années 1500, mais a peu d’informations sur son père.
« Nous voulons faire de bonnes choses pour la santé humaine, mais si vous n’avez pas de personnes non européennes dans vos données, ces personnes sont désavantagées », déclare Mooney.
« C’est la grande chose quand nous pensons à l’avenir de la génétique humaine. Comment intégrons-nous divers groupes dans nos ensembles de données et nous assurons-nous également que leur communauté voit un résultat tangible de la science ? »
Pour une chercheuse comme Mooney, qui débute tout juste sa carrière, le département QCB est un excellent endroit pour grandir. « Nous avons beaucoup de jeunes professeurs, ce qui est différent de beaucoup d’autres départements de génétique », dit Mooney. « Remo Rohs, en tant que chef de département, a vraiment une vision pour les jeunes membres du corps professoral. C’est un super endroit où être.
La source: USC
