Le développement de la bio-informatique

Les récentes évolutions dans la recherche en génétique, de l’informatique et des technologies de l’information ont entraîné le développement de la bioinformatique dans le domaine de la médecine et de la biologie. La bioinformatique est un domaine de recherche pluridisciplinaire qui allie à la fois la biologie et d’autres disciplines comme l’informatique, les statistiques ou les mathématiques. Cette nouvelle science fait appel aux outils informatiques pour récupérer, traiter et analyser des données biologiques. Les biopuces représentent une des nouvelles technologies émergentes de la recherche biomédicale. Elles permettent de mesurer et de visualiser très rapidement les différences d’expression entre les gènes et ceci à l’échelle d’un génome complet. L’application la plus répandue des biopuces concerne actuellement l’étude du transcriptome dans le cadre d’études différentielles, d’étude de profil génique ou d’études pronostiques ou prédictives.

La bioinformatique ne se restreint pas au seul déploiement des outils informatiques, elle se focalise aussi sur l’étude d’une problématique biologique et la recherche de méthodes qui répondentaux questions biologiques en tenant compte du contexte et des spécificités du domaine. La réussite d’une analyse bioinformatique nécessite une bonne compréhension du problème, et cela ne serait pas possible sans une étroite collaboration entre les informaticiens et les biologistes. Plusieurs travaux de recherche en bioinformatique, basés sur les modèles d’apprentissage issus de l’intelligence artificielle et utilisant les données transcriptomiques, ont permis de mieux comprendre certaines maladies complexes comme le cancer.De telles approches sont rares dans le domaine de l’obésité.

L’obésité est une maladie d’origine multifactorielle chronique qui dépend de l’environnement (social et culturel), des facteurs génétiques, physiologiques, métaboliques, comportementaux et psychologiques. Les traitements actuels ne se focalisent plus sur la seule perte de poids, mais sur une approche thérapeutique multidisciplinaire (nutritionniste, endocrinologue, psychiatre, etc.) avec une prise en charge des complications associées. L’obésité favorise un très grand nombre de pathologies qui lui sont donc souvent associées (on parle de comorbidités). La complexité biologique de l’obésité suggère que l’utilisation des puces à ADN pour identifier des gènes capables d’élucider le fonctionnement du métabolisme du tissu adipeux et son altération au cours de l’obésité peut paraitre une approche prometteuse. Ceci est principalement dû au fait qu’il existe une grande variabilité interindividuelle quant à la réponse à une intervention diététique, variabilité dont l’origine demeure principalement inconnue.

Tout être humain est unique non seulement par son aspect physique mais aussi par son caractère, sa personnalité et ses comportements. L’historique de la santé de chaque personne est de la même manière unique aussi. De fait, certaines personnes sont sensibles aux infections virales telle que la grippe par exemple tandis que d’autres sont plus résistantes. Ce caractère n’est pas facilement prédictible pour chaque individu, néanmoins il est évident que les caractéristiques et le comportement de chacun jouent un rôle dans la causalité et le degré d’affection aux maladies. Si une population d’individus est exposée d’une manière identique à la même cause d’une maladie on s’attend à ce que ces individus soient atteints plus ou moins de la même manière par cette maladie. De ce fait et afin de comprendre l’incidence d’une maladie sur un individu, l’étude de l’effet de cette maladie sur une population bien définie est nécessaire. L’enjeu est la meilleure compréhension de la maladie et une prise en charge plus adaptée aux patients.

L’épidémiologie est l’étude de la répartition et des déterminants des maladies dans les populations.Le terme provient du mot ‘epidemic’ qui lui‐même viendrait du mot ‘epidemeion’, un mot employé par Hippocrate pour décrire une maladie qui ‘visitait les gens’. Elle vise à la compréhension des causes des maladies et à l’amélioration de leurs traitements et des moyens de les prévenir.

L’ensemble des champs couverts par la santé publique repose sur les données épidémiologiques. Il est important de comprendre que les études épidémiologiques comparent les individus atteints aux individus sains sous forme de groupes ou de populations. Il peut en être de même pour l’influence d’un risque auquel une population est exposée qui sera mis en évidence par rapport à une population non exposée (témoin).

La distribution de la maladie étudiée est généralement géographique mais des distributions par âge, sexe, classe sociale, ethnicité sont toujours d’intérêt. Parfois, la même population géographique est comparée à elle‐même à différents temps pour explorer l’évolution d’une maladie.Les déterminants d’une maladie sont les facteurs provocateurs de la maladie. L’étude de la distribution de la maladie est essentiellement descriptive. L’étude des déterminantsquant à elle,vise l’étiologie de la maladie.

L’objectif de l’épidémiologie est d’informer les professionnels de la santé et la population plus généralement, des améliorations de santé qui peuvent être faites par l’intermédiaire des approches descriptives et étiologiques. Les analyses descriptives doivent permettre une meilleure allocation des services de santé. Les analyses étiologiques doivent permettre d’agir sur les causes et réduire les chances de développer telle ou telle maladie. Les données épidémiologiques sont des sources importantes pour la planification et l’évaluation des services de santé.

L’épidémiologie est souvent vue comme une branche de la médecine qui s’intéresse à la population plutôt qu’aux individus. Alors que les praticiens hospitaliers s’intéressent à trouver le meilleur conseil ou traitement à donner à chaque patient individuellement, les épidémiologistes s’intéressent plutôt à trouver un conseil destiné à une population afin de réduire l’effet et l’étendu de la maladie. Cependant, comme l’épidémiologie utilise des données d’agrégation de personnes, elle est considérée comme étant une branche appliquée de la statistique. Les avancées dans ce domaine ont été réalisées grâce à l’interaction entre les différentes disciplines de la médecine et les statistiques. Parmi les autres disciplines représentées dans les groupes de recherche en épidémiologie, citons les biochimistes, les généticiens, les sociologues et les informaticiens. D’autres professionnels peuvent intervenir aussi comme les nutritionnistes et les économistes dans le cadre d’études plus ciblées. Une illustration de l’histoire de l’épidémiologie est présentée plus en détail dans le livre de Stolley et Lasky (Stolley and Lasky 1995).

Il existe un nombre croissant de modèles d’étude utilisés en épidémiologie et les étiquettes employées pour les décrire sont nombreuses. Cependant, cinq catégories peuvent être répertoriées :

• Séries de cas (Clinique et population): description d’une série de cas comparables, mais sans comparaison avec un groupe témoin ou un autre groupe de cas.
• Transversale: description de la fréquence d’une maladie, de ses facteurs de risque ou de ses autres caractéristiques dans une population donnée pendant un laps de temps déterminé. Comparaison des données obtenues en fin d’études à celles du début de l’étude : étude d’une association (et non d’une relation causale) entre une intervention donnée et l’issue clinique
• Cas‐témoin : étude d’observation rétrospective dans laquelle les caractéristiques des malades (les cas) sont comparées à celles de sujets indemnes de la maladie (les témoins). Particulièrement adaptée pour les maladies rares ou celles qui présentent une longue période entre l’exposition et l’issue et pour l’étude d’hypothèses préliminaires
• Cohorte (prospective and rétrospective) : étude d’observation, le plus souvent prospective, dans laquelle un groupe de sujets exposés (à des facteurs de risque d’une maladie ou à un traitement particulier) est suivi pendant une période déterminée et comparée à un groupe contrôle non exposé. Étude éventuellement rétrospective réalisée sur base des dossiers médicaux, par exemple, pour évaluer les risques auxquels les sujets ont été exposés antérieurement .
• Essai : étude expérimentale, où les patients éligibles, sélectionnés pour une intervention thérapeutique, sont répartis de manière aléatoire en 2 groupes : le premier groupe reçoit le traitement, tandis que le second reçoit en général un placebo. Répartition au hasard ayant pour but d’assurer que les patients répartis dans les 2 groupes de l’essai sont rigoureusement semblables en tous points, excepté en ce qui concerne l’intervention projetée. Réalisation de l’étude en aveugle ou en double aveugle de manière à écarter tout biais éventuel.

Table des matières

Introduction
Structure du mémoire
Chapitre 1 Introduction à l’épidémiologie de l’obésité: vers l’intégration de données hétérogènes
1.1 Épidémiologie humaine
1.1.1 Définition de l’épidémiologie
1.1.2 Études épidémiologiques
1.1.3 L’épidémiologie génétique
1.2 L’obésité : une épidémie des temps modernes
1.2.1 L’obésité dans le monde
1.2.2 L’obésité en Europe
1.2.3 L’obésité en France
1.2.4 Le tissu adipeux : rôle central dans l’homéostasie énergétique
1.3 Sources de données et enjeux
Chapitre 2 Des données biologiques aux données transcriptomiques
2.1 De l’ADN à l’homme
2.2 La biologie à haut‐débit
2.2.1 La génomique
2.2.2 La transcriptomique
2.2.3 La protéomique
2.2.4 L’intéractomique
2.3 Les puces à ADN
2.3.1 Le principe des puces à ADN
2.3.2 Les puces à ADNc
2.3.3 Les puces à oligonucléotides
2.3.4 Transformation et gestion des données issues des puces à ADN
2.4 Exploitation des données biologiques
2.4.1 Gene Ontology
2.4.2 KEGG
2.4.3 Données du National Center for Biotechnology Information (NCBI)
2.5 Données utilisées dans le cadre de nos analyses
2.5.1 Données obésité
2.5.2 Données cancer
Conclusion

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