Traduire les mégadonnées métabolomiques en connaissances moléculaires

Le domaine de la métabolomique devrait améliorer notre compréhension de la biologie, de la physiologie et de la médecine. Le projet METASPACE a pour objectif de faire progresser l'utilisation clinique de la métabolomique grâce à de nouveaux outils de bio-informatique et d'informatique en nuage.

La métabolomique complète la génomique, la transcriptomique et la protéomique en fournissant des informations sur les processus biochimiques et en éclairant l'implication de facteurs non-génétiques, comme l'environnement, le régime alimentaire et le microbiome. En métabolomique spatiale, l'enjeu consiste à localiser des centaines de métabolites à un niveau de résolution cellulaire ou sous-cellulaire.

Un moteur de recherche bio-informatique en source ouverte

De récentes avancées technologiques en imagerie par spectrométrie de masse avec une résolution de masse élevée ont permis d'obtenir des images de métabolites présents dans des sections de tissus biologiques. Cependant, dans ce domaine, l'un des principaux goulets d'étranglement est dû à l'absence de méthodes bio-informatiques pour l'interprétation moléculaire des données de métabolomique spatiale. Pour résoudre ce problème, des scientifiques ont travaillé dans le cadre d'un projet financé par l'UE, METASPACE, pour développer une plateforme communautaire en ligne ouverte qui intègre des outils de bio-informatique dans des flux de travail validés et destinés à une utilisation clinique. "Notre objectif final consistait à promouvoir un écosystème de recherche pour exploiter les données de métabolomique spatiale qui profite à la fois aux universitaires et aux industriels", explique le docteur Theodore Alexandrov, coordinateur du projet.

METASPACE a élaboré des algorithmes destinés à la notation putative à haut débit de centaines de métabolites, notamment un système de notation novateur permettant de quantifier la présence d'un métabolite dans les cellules d'une section de tissus. Par exemple, ce système a permis d'identifier des oncométabolites dans une section de tumeur ou des médicaments administrés puis assimilés par le cortex rénal. Ces algorithmes ont été implémentés en tant que logiciel en nuage et sont dotés d'une interface conviviale.

L'équipe de recherche est parvenue à impliquer la communauté scientifique en Europe et à l'international qui a fourni plus de 3 000 ensembles de données publiques dans le plus grand effort de partage de données jamais réalisé dans le domaine de la métabolomique spatiale. L'équipe METASPACE a évalué son logiciel dans le cadre d'une étude de cas clinique portant sur un cancer de l'œsophage ainsi que pour des applications de développement de médicaments pour la R&D pharmaceutique. Le recours aux technologies en nuage a permis de traiter plus de 50 TB de données brutes.

Le futur de METASPACE

METASPACE est déjà utilisé par plus de 200 scientifiques dans plus de 70 laboratoires dans le monde. Les plus de 400 comptes à suivre de compte twitter du projet ont permis de diffuser activement les nouveautés et d'impliquer la communauté. Le Dr Alexandrov confesse "ce projet a modifié ma vision de la science moderne et de ses impacts. C'était très motivant de voir la communauté scientifique s'accorder pour partager des données et créer une vaste base de connaissances publiques sur la métabolomique spatiale".

Collectivement, les informations relatives aux métabolites détectés dans les sections de tissus prélevées sur des modèles animaux et sur des échantillons humains cliniques posent les bases de recherches futures dans le domaine de la métabolomique spatiale et permettront de s'attaquer à des questions fondamentales de biomédecine. Le besoin croissant d'annotation des métabolites souligne l'impact de ce projet, notamment en ce qui concerne les métabolomes associés à des maladies. Plus important encore, la plateforme permet aux biologistes ou aux spécialistes cliniques ne disposant pas d'une expérience en spectrométrie de masse ou en bio-informatique de traduire des données complexes en connaissances moléculaires.

Dès l'origine, METASPACE a été conçu comme un projet en source et accès ouverts. L'objectif était de stimuler un développement durable dans ce domaine avec une plateforme capable d'intégrer de futurs algorithmes, logiciels ou services.

Les efforts de diffusion ont conduit à une collaboration dans le cadre du projet METACELL financé par une subvention ERC Consolidator qui utilisera la plateforme METASPACE pour la détection des métabolites cellulaires. Le logiciel sera également employé comme banc d'essai dans le cadre du projet de TIC de l'UE CloudButton qui travaille sur le développement de technologies novatrices en nuage.

D'un point de vue industriel, la plateforme METASPACE présente un fort potentiel et pourrait être intégrée dans les flux de travail de découverte et de test des médicaments des grandes entreprises pharmaceutiques. Se tournant vers l'avenir, le Dr Alexandrov est confiant dans le fait que "METASPACE facilitera les découvertes futures dans le domaine biomédical, supportera des thérapies efficaces, et stimulera l'innovation créant de ce fait de nouvelles opportunités pour la R&D en Europe".

Pour plus d'information voir: projet METASPACE