Paris, 18 octobre 2011

Un berceau de la vie primitive sur Terre ?

Un berceau possible de la vie sur Terre vient d'être identifié par une équipe internationale menée par des chercheurs du Laboratoire de géologie de Lyon : Terre, planètes et environnement (CNRS/Université Claude Bernard Lyon 1/ENS de Lyon). Il s'agit des volcans de boue d'Isua, au sud-ouest du Groenland. Ces volcans ont libéré, il y a presque quatre milliards d'années, des éléments chimiques indispensables à la formation des premières biomolécules, dans des conditions propices à la vie. C'est la première fois qu'un tel environnement, réunissant tous les éléments nécessaires pour l'éclosion de la vie, est identifié par des scientifiques dans des terrains vieux de 3,8 milliards d'années. Ces travaux sont publiés cette semaine dans les PNAS.
La serpentinite est une roche vert sombre utilisée en décoration et joaillerie. Dans la nature, elle se forme lorsque de l'eau de mer s'infiltre dans le manteau supérieur, à des profondeurs pouvant aller jusqu'à 200 km dans les zones de subduction. D'après les scientifiques, cette roche, située en particulier dans les parois des sources hydrothermales, pourrait jouer un rôle majeur dans l'apparition des premières biomolécules.

Il a été souvent présumé que la vie s'est développée à proximité de sources hydrothermale connues sous le nom de fumeurs noirs (1), comme il en existe au fond de l'océan le long des rides médio-océaniques. La richesse de ces « geysers » sous-marins en hydrogène, méthane et ammoniac semblait favorable à l'émergence de la vie primitive. Malheureusement, ces fumeurs noirs sont très acides, ce qui ne permet pas de stabiliser les acides aminés, et donc de former des molécules organiques.

L'équipe de scientifiques qui publie cet article s'est intéressée aux serpentinites d'Isua, au sud-ouest du Groenland, qui datent du début de l'Archéen (2). Agées de 3,8 milliards d'années, les roches d'Isua figurent parmi les plus anciennes du monde. S'appuyant sur les isotopes du zinc comme indicateur du caractère basique ou acide d'un milieu, les chercheurs ont mis en évidence le caractère basique des eaux thermales qui ont baigné les serpentinites d'Isua, révélant ainsi que ces roches constituaient un environnement favorable à la stabilisation des acides aminés.

Les chercheurs ont également comparé ces serpentinites à des équivalents récents provenant de la dorsale de l'océan Arctique, des Alpes et du Mexique : les roches d'Isua présentent un appauvrissement exceptionnel en isotopes lourds du zinc par rapport à ces dernières. En revanche, leur zinc est isotopiquement semblable à celui des volcans de boue de la fosse des Mariannes. Il y a près de 4 milliards d'années, alors que les continents n'occupaient qu'une très petite partie de la surface du globe, la croûte océanique d'Isua devait être traversée par des fluides hydrothermaux basiques, riches en carbonates et à des températures de 100 à 300°C. Un autre élément indispensable à la vie, le phosphore, est abondant dans les milieux où se produit la serpentinisation (3). Or, ce processus est à l'origine des volcans de boue. Ainsi, toutes les conditions nécessaires étaient réunies à Isua pour que des molécules organiques puissent non seulement se former mais aussi être stables. Les volcans de boue d'Isua constituent donc un environnement particulièrement propice à l'émergence de la vie primitive terrestre.

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L’INFORMATIQUE DANS LES SCIENCES DE LA VIE

Dans cet exposé François Rechenmann propose un rapide survol des méthodes algorithmiques utilisées au niveau de l'analyse du génome. On y découvre que l'informatique est à la fois un outil incontournable, puisque seules des méthodes algorithmiques automatiques issus de travaux sur le traitement automatique de texte peuvent analyser les masses, mais aussi que la modélisation elle-même de ces données biologique est informatique. Cet exposé introduit deux contenus, plus détaillés sur le site d')i(nterstices, relatifs aux régions codantes et à l'alignement de séquences.
Cet exposé s'est inscrit dans le cadre d'une formation INRIA proposée en juin 2009 et s'adressait aux professeurs des établissements de l'académie de Versailles proposant l'option Informatique et Objets Numériques à leurs classes de seconde pour l'année scolaire 2009-2010.

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Paris, 19 novembre 2013

Lancement d'E-Biothon, une plateforme en réseau pour accélérer et faire progresser la recherche en bio-informatique

Le CNRS, IBM, Inria, l'Institut français de Bioinformatique et la start-up innovante SysFera déploient E-Biothon, une plateforme Cloud expérimentale (1) pour accélérer et faire progresser la recherche en biologie, santé et environnement. Disposant de 200 teraoctets (1012 octets) de stockage et d'une puissance de calcul de 28 téraflops (1012 flops), elle fournira aux chercheurs et à l'ensemble de la communauté scientifique un portail applicatif et une puissance de calcul importante. Ceci permettra d'aborder le traitement des données complexes de la biologie d'aujourd'hui afin de mettre au point les logiciels applicatifs de demain. La plateforme est présentée du 18 au 21 novembre 2013 lors de l'événement majeur du calcul haute performance : le salon Supercomputing (SC 13) à Denver.
La France a toujours été à la pointe dans la recherche médicale, notamment en ce qui concerne les grandes "épidémies" et pathologies de notre temps (SIDA, cancer ou encore diabète). L'analyse génétique et protéomique des virus ou des patients apparaît de plus en plus importante pour aider à découvrir de nouveaux traitements. Les avancées technologiques récentes, tel que les séquenceurs haut-débit, permettent aux chercheurs en biologie d'avoir accès à des quantités gigantesques d'informations brutes (des péta-octets de données sont générées par an) sur la composition des virus, des bactéries ainsi que sur l'espèce humaine. Analyser ces données pour en extraire du sens, est une tâche ardue qui nécessite d'énormes quantités de traitements informatiques.

C'est pour accélérer ces traitements que le CNRS, IBM, lnria, l'Institut français de Bioinformatique et SysFera se sont associés (2) pour mettre à la disposition des chercheurs cette plateforme de Cloud, hébergée à l'Idris (3), le centre du CNRS pour le calcul numérique intensif de très haute performance, situé à Orsay. Associant un portail applicatif et une puissance de calcul importante, elle permettra de mettre au point les logiciels et les applications qui permettront d'accélérer la recherche en biologie et en santé, en particulier en génomique et en protéomique. L'objectif est de faire progresser plus rapidement la compréhension des maladies génétiques, notamment les maladies neuromusculaires et d'accélérer drastiquement la découverte de nouveaux traitements de rupture. Elle vise aussi à accélérer la recherche en écologie-biodiversité afin de mieux comprendre notre environnement.

La plateforme est constituée de systèmes haute performance IBM Bluegene/P représentant une puissance de 28 téraflops associée à  200 teraoctets de stockage, et de la solution SysFera-DS qui offre aux utilisateurs un portail web d'accès aux ressources de calcul. À travers ce portail, les chercheurs ont accès à tout un environnement de travail leur permettant d'exécuter simplement les traitements informatiques en lien avec les analyses dans les domaines de la génomique, protéomique et métabolomique,  puis de gérer les données générées, tout cela à partir d'un simple navigateur web.

Dans un premier temps, trois applications pilotes ont été déployées, notamment dans les domaines de l'épidémiologie et de la bio-diversité. Après cette phase initiale de déploiement, l'objectif est maintenant d'ouvrir cette plateforme soutenue par France Grilles et l'Institut français de Bioinformatique, à l'ensemble de la communauté scientifique.

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NANOBIOLOGIE : LA MICROMANIPULATION DES MOLÉCULES

Si l'on regarde une cellule vivante sous le microscope optique, il y a à l'évidence de nombreux phénomènes dynamiques actifs comme : la division et les mouvements cellulaires, le transport d'objets dans la cellule ou encore la formation et disparition de structures intracellulaires comme les organelles. Des macromolécules complexes, qui jouent le rôle de petites machines à l'échelle moléculaire, sont à l'origine de ces phénomènes actifs. Ces molécules agissent en grand nombre dans une cellule vivante, invisible dans le microscope optique du fait de leur petite taille de l'ordre de quelques nanomètres. Les prototypes de ces molécules sont les moteurs moléculaires qui consomment un carburant chimique qu'ils transforment en travail mécanique. Dans les dix dernières années, des techniques de micromanipulation ont permis d'étudier les propriétés mécaniques de ces molécules à l'échelle d'une molécule unique. Des techniques de fluorescence et de pince optique permettent de mesurer des forces de l'ordre de piconewtons et des déplacements de quelques nanomètres. Il existe toute une diversité de moteurs moléculaires : des moteurs linéaires qui se déplacent le long de filaments rigides ; des moteurs rotatifs, qui tournent dans une membrane cellulaire ; des systèmes de moteurs qui génèrent des mouvements oscillatoires, permettant la nage de certains organismes unicellulaires. Enfin, il y a des molécules qui se déplacent le long de la double hélice de l'ADN, le porteur du code génétique. Ces molécules ouvrent l'hélice, dupliquent le code ou créent une copie sur un brin d'ARN. L'étude des propriétés physiques de molécules individuelles par des techniques de micromanipulation est importante pour mieux comprendre leur fonctionnement dans des structures biologiques complexes. Finalement, la fusion de structures artificielles nanotechnologiques avec des molécules individuelles biologiques permet de créer artificiellement des systèmes moléculaires actifs qui représentent un premier pas vers une technologie de moteurs moléculaires.

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