Simulation par ordinateur de l'immunité dans les cellules

Comment les cellules immunitaires font-elles pour reconnaître les envahisseurs parmi d'innombrables protéines semblables au sein de l'organisme et lutter contre les infections ?
Pour les cellules immunitaires, détecter les protéines étrangères s'apparente à chercher une aiguille dans une botte de foin. Comprendre la façon dont les cellules immunitaires s'acquittent de cette tâche complexe permettrait aux chercheurs d'acquérir de précieuses connaissances sur les maladies immunitaires, comme le sida et les troubles auto-immuns.

Représentation 3D d'une cellule
Dans le cadre de leur étude, le professeur François et Jean-Benoît Lalanne, étudiant aux cycles supérieurs à McGill, en collaboration avec une équipe international dont l'Institut Pasteur ont eu recours à des simulations numériques afin d'examiner le type de stratégies utilisées par le système immunitaire pour déceler de faibles concentrations d'antigènes étrangers (témoignant de la présence d'infections pouvant se révéler graves) au sein d'une importante population d'autoantigènes que l'on trouve normalement à la surface des cellules de l'organisme. Les simulations sur ordinateur réalisées par les chercheurs ont permis de découvrir une solution étonnamment simple liée au phénomène de l'adaptation biochimique - mécanisme biochimique général qui permet aux organismes de s'ajuster aux conditions changeantes d'un environnement donné.
Pour trouver des solutions, l'ordinateur utilise un algorithme qui s'inspire des théories darwiniennes de l'évolution. Préalablement élaboré par l'équipe de chercheurs du professeur François, cet algorithme génère aléatoirement des modèles mathématiques de réseaux biochimiques. Il leur attribue ensuite une note en comparant leurs propriétés à celles, prédéfinies, du système immunitaire. Les réseaux qui obtiennent les meilleures notes sont reproduits dans la génération suivante et mutés ; le processus est ensuite répété pendant plusieurs "générations" simulées jusqu'à ce que les réseaux obtiennent une note parfaite.
Presque toutes les solutions découvertes par les chercheurs présentaient une forte similitude et partageaient une structure fondamentale ou un motif commun.
Cette approche offre un cadre théorique plus simple et permet de comprendre plus facilement la façon dont les cellules immunitaires effectuent leurs recherches dans la "botte de foin" pour y déceler des antigènes étrangers et déclencher la réponse immunitaire. Ce modèle présente de nombreuses similitudes avec de véritables réseaux immunitaires. Fait remarquable, la solution évoluée la plus simple que nous avons trouvée présente à la fois des caractéristiques similaires et certains des aspects non élucidés des véritables cellules immunitaires étudiées dans le cadre de projets de recherche réalisés en collaboration avec les groupes de Grégoire Altan-Bonnet (Centre de recherche sur le cancer Memorial Sloane-Kettering, New York), d'Eric Siggia (Université Rockefeller, New York) et de Massimo Vergassola (Institut Pasteur, Paris).