Genome4Brussels: IA, Génomique & Maladies Rares


GEMVAP, 2021 / lundi, mai 31st, 2021

En 2019, la Fondation 101 Génomes, l’Interuniversity Institute Of Bioinformatics Brussels (IB2), l’ULB Center of Human Genetics (CHG) et l’ULB Machine Learning Group (MLG) ont participé à un appel à projet lancé par Innoviris avec le projet « Genome4Brussels ». Dans le cadre de ce projet, ils ont décidé de créer ensemble un écosystème qui permettra d’optimiser le développement d’outils bioinformatiques d’analyse du génome et de faciliter le transfert vers les citoyens de l’innovation et des connaissances acquises au cours du projet.

Projet

Genome4Brussels. Genome4Brussels est un projet commun qui a pour ambition de faire naître en région Bruxelloise un écosystème alliant :

  • conditions optimales d’hébergement et de partage des données génomiques dirigés par des représentants de patients (Fondation 101 Génomes) ;
  • expertise médicale et génomique (CHG-IB2) et ;
  • expertise en bioinformatique et en intelligence artificielle/IA (IB2-MLG).

Cet écosystème permettra l’émergence d’une plateforme de recherche dédiée à l’élaboration d’outils bioinformatiques développés grâce à l’IA « transparente » (White Box) pour assister les médecins et les chercheurs dans le domaine des maladies rares.

Dans le cadre de l’appel Innoviris : une plateforme de recherche est mise en place, deux outils bioinformatiques sont développés et les conditions de transfert de ces technologies vers les citoyens sont créées.

Partenaires

Fondation 101 Génomes. En 2017, la Fondation 101 Génomes s’est lancée dans la quête des super-héros génomiques dont les gènes les protègent contre les atteintes de certaines maladies rares. Pour mener à bien cette quête, la Fondation 101 Génomes commence par développer une base de données à partir de laquelle les scientifiques pourront explorer le génome humain à la recherche de gènes protecteurs (ou aggravateurs) qui expliquent la variabilité des maladies rares. Une telle découverte permettrait de fournir de meilleurs diagnostics et d’envisager de nouveaux traitements répliquant les effets protecteurs (ou limitant les effets aggravateurs) identifiés. Le projet pilote de la Fondation 101 Génome est consacré au syndrome de Marfan. Ce projet pilote est soutenu par plusieurs associations de patients européennes et est porté par des scientifiques de premier plan.

IB2-CHG. L’Interuniversity Institute Of Bioinformatics Brussels (IB2) et l’ULB Center of Human Genetics (CHG) se consacrent conjointement à l’étude des maladies rares. Ils ont pour mission commune d’améliorer la qualité diagnostique des tests génétiques, afin d’améliorer le suivi clinique, le traitement et le conseil thérapeutique. Leurs domaines de recherche s’inscrivent dans cet objectif global, et consistent à identifier l’origine génétique de maladies rares encore insuffisamment comprises. IB2 et CHG développent des outils bioinformatiques pour explorer et analyser de manière innovante les données génomiques des patients et améliorer ce faisant la qualité des tests génétiques/génomiques.

IB2-MLG. L’ULB Machine Learning Group (MLG) est spécialisé en informatique, intelligence artificielle, bioinformatique, biologie computationnelle, génétique, biologie moléculaire et médecine. Dans le contexte médical, IB2 et MLG utilisent des méthodes associées à des scores statistiques qui créent un modèle transparent « White-Box » fournissant des explications sur la décision prise par les outils bioinformatiques qu’ils développent avec l’IA. Il est en effet inenvisageable de se satisfaire d’une approche basique de l’IA (qui fournit des résultats sans explication « Black-Box ») dans le cadre du développement d’outils bioinformatiques ayant vocation à assister des cliniciens.

Fair Genomics (FairGX). Au cours de la procédure, Innoviris a demandé au consortium de mettre en place la structure Fair Genomics pour accompagner le projet et permettre, ce faisant, un transfert vers les citoyens des technologies et de l’innovation développées grâce à Genome4Brussels. Fair Genomics est détenue à 100 % par la Fondation 101 Génomes qui la contrôle intégralement. 

Écosystème. Les partenaires entendent mettre en place un cercle vertueux pour alimenter et de financer la recherche et faire avancer la Science.

La recherche consacrée au syndrome de Marfan financée de 2020 à 2023

Innoviris. Le projet ‘Genome4Brussels‘ a été accepté par Innoviris à la fin de l’année 2020. Innoviris financera une partie du projet qui permettra aux équipes de IB2, CHG et MLG de travailler durant tois ans (2020-2023) sur le projet pilote dédié au syndrome de Marfan.

 


 

En Mai 2021, Innoviris a publié un article consacré à Genome4Bruxelles qui peut-être consulté en suivant ce lien: https://innoviris.brussels/fr/stories/ludivine-verboogen-et-romain-alderweireldt
L’article est également reproduit ici:

Ludivine Verboogen et Romain Alderweireldt

« Il y a un paradoxe dans la recherche sur les maladies rares. Leur financement est toujours problématique. Mais dans le même temps, ces recherches sur les maladies rares ont permis d’obtenir des avancées significatives pour d’autres maladies plus fréquentes. La valeur ajoutée qu’on peut retirer de ces recherches dépasse donc très largement le cadre de ces maladies rares. Si l’on analyse très froidement les choses, on peut dire qu’on rate d’énormes économies d’échelle en finançant peu ou mal cette recherche sur les maladies rares« . 

Romain Alderweireldt et Ludivine Verboogen n’ont besoin que de quelques mots pour faire comprendre tout le sens et la portée qu’a pour la société leur engagement commun dans la Fondation 101 Génomes. Leur ambition ? Mettre à disposition des scientifiques une plateforme bio-informatique pour avancer sur le terrain de la recherche génomique, l’une des clés pour mieux comprendre les maladies rares.

Les aléas de la vie à l’origine d’un magnifique élan pour le bien public

L’histoire de la fondation commence en réalité le 3 septembre 2015 avec la naissance d’Aurélien, le fils de Ludivine et Romain.

À la joie des premiers jours succède rapidement l’inquiétude : les médecins soupçonnent un syndrome de Marfan, une maladie rare qui peut affecter de manière très sévère les tissus conjonctifs, avec des conséquences notamment cardiaques.

Le 4 août 2016, soit 11 mois plus tard, une analyse génétique confirme la mauvaise nouvelle : Aurélien est porteur d’une mutation spontanée du gène FBN1. Il souffre bien d’une forme lourde du syndrome de Marfan.

Un diagnostic tardif et des outils à inventer

Il s’agit d’une variante spontanée et rarissime du syndrome de Marfan. Cela a joué dans le délai de 11 mois pour poser le diagnostic : le centre de référence sollicité par le généticien qui suivait Aurélien pour effectuer une analyse génétique utilisait encore des techniques d’analyse gène par gène alors que des techniques d’analyse génomique existaient » explique Ludivine. « Et c’est lors des nombreuses discussions que nous avons eues avec ce généticien, le Professeur Guillaume Smits, que nous avons compris que la clinique manquait d’outils physiques et bio-informatiques pour tirer profit des avancées de la recherche génomique, tant en matière de diagnostic qu’en ce qui concerne l’élaboration de nouveaux traitements, précise Romain.

« Six ans plus tard, il est possible de séquencer l’ensemble du génome humain, et d’identifier les mutations sur l’ensemble de nos gènes à un coût de plus en plus abordable. Mais le coût initial des machines reste encore très élevé et le séquençage de génomes n’est pas encore entré en routine de recherche ou clinique. Un génome séquencé génère un tel volume de données qu’il est absolument impossible de les traiter manuellement : un génome, cela correspond à près de 300 giga bytes de données ! Il faut des outils algorithmiques, de l’intelligence artificielle et une équipe très spécialisée pour en tirer quelque chose. Ce tandem formé entre les TIC et la recherche biologique porte d’ailleurs un nom : la bio-informatique. »

Transformer le désarroi en énergie positive

Pour ce couple de juristes, le constat de la nécessité d’investir dans la génomique et la bio-informatique a été un déclencheur. Ludivine et Romain ont transformé leur désarroi en énergie positive avec un objectif : faire avancer la recherche et la clinique, et contribuer à faire émerger des traitements qui aideront Aurélien et d’autres enfants atteints de maladies rares.

À la recherche du gène protecteur

Romain a commencé à dévorer des études scientifiques. C’est ainsi qu’il est tombé sur celle du ‘Resilient Project’ et sa réanalyse de près de 600.000 exomes (celle qui correspond à la partie codante du génome). Il faut savoir que de nombreuses maladies rares, et notamment le syndrome de Marfan, sont causées par des mutations pathogéniques, ou si vous préférez des ‘anomalies’, dans les gènes, explique Ludivine.

« En réanalysant les données à sa disposition, cette étude a identifié 13 personnes adultes porteuses d’une anomalie génétique qui auraient dû les rendre très malades, voire les emporter durant leur enfance. Or ces 13 personnes avaient atteint l’âge adulte », continue Romain. « Pourquoi ? La présence d’autres gènes ayant un effet protecteur contrecarrant la maladie pourrait être une explication. L’étude du génome de ces personnes pourrait donc être la clé pour mieux comprendre ce mécanisme de protection. Et cette compréhension pourrait permettre de mettre au point des médicaments ou de nouveaux traitements, par exemple en se basant sur les protéines produites par ces gènes. »

Ludivine : « Romain a alors décidé de répliquer cette démarche dans le contexte spécifique du syndrome de Marfan. Et l’incroyable s’est produit : il a réussi à trouver, dans la base de données génomiques mondiale de référence (gnomAD), des porteurs de mutation pathogéniques censés être atteints d’une forme sévère du syndrome de Marfan et qui ne l’étaient apparemment pas. Il nous est alors apparu clairement que si l’on parvenait à identifier un gène protecteur, on pourrait en répliquer les effets pour élaborer un traitement. »

La Fondation 101 Génomes et son projet-pilote

Et en 2017, la Fondation 101 Génomes voit le jour à l’initiative de Ludivine et Romain.

L’objectif ? Mettre au point une plateforme bio-informatique permettant d’héberger des données génomiques et de les croiser avec le dossier médical de personnes atteintes de maladies rares et de volontaires « contrôle » pour mieux comprendre les interactions entre les gènes au sein du génome.

Très vite, un projet pilote est lancé : le projet 101 Génomes Marfan, soit la mise sur pied d’une cohorte de 101 patients atteints du syndrome de Marfan et qui sert de base pour le travail de recherche. Il leur est rapidement apparu que 101 génomes ne serait qu’un départ, et qu’ils avaient un besoin crucial de s’entourer de scientifiques avisés.

Le comité scientifique aux commandes de la Fondation se compose de sommités mondiales de la génomique, du syndrome de Marfan et de l’algorithmique, dont plusieurs Belges. Et du côté de ces pointures scientifiques, on est admiratifs du travail abattu par Ludivine et Romain, qui représente, selon eux, un exemple inédit de participation de patients à la recherche scientifique.

« Le travail s’est orienté sur la création d’une cohorte de patients porteurs de la même mutation pour limiter les facteurs confondants (projet GEMS), et en parallèle sur la création d’un algorithme destiné à confirmer (ou infirmer) le caractère pathogénique des mutations sur le gène FBN1. Puis sur cette base, espérer explorer l’ensemble du génome pour identifier des gènes modificateurs (protecteurs ou aggravateurs) du syndrome de Marfan. Les premiers résultats sont prometteurs », précise Romain. « Et l’intervention d’Innoviris a permis de donner à ces travaux un coup d’accélérateur. »

GENOME4BRUSSELS, un écosystème à la croisée de 3 disciplines

Car l’appel à projets ‘From therapeutic medicine to predictive medicine : Prediction, Prevention, Identification’ d’Innoviris a été reçu 5/5 par Romain, Ludivine et la Fondation.

Aiko Gryspeirt, Scientific Advisor chez Innoviris : « On prête encore trop peu d’attention aux maladies rares. Et cela a pour conséquence que l’on manque aussi de financement pour de telles recherches, tant celles qui ciblent la maladie que leurs traitements. Les patients passent souvent pendant des mois et des années d’un spécialiste à l’autre avant d’obtenir un diagnostic. Avec GENOME4BRUSSELS, Ludivine et Romain ont lancé une initiative fantastique pour pouvoir comprendre plus facilement les maladies rares, et ce en collectant des données génétiques et en les partageant avec des chercheurs médicaux et des bio-informaticiens à Bruxelles. C’est un projet d’une valeur inestimable qui peut avoir un impact important sur la vie des gens atteints d’une maladie rare. »

« GENOME4BRUSSELS, c’est un projet financé par Innoviris dans lequel se retrouvent la Fondation, mais aussi l’Interuniversity Institute of Bioinformatics de Brussels, le Center of Human Genetics ainsi que le Machine Learning Group, tous les trois de l’ULB. L’objectif est la création à Bruxelles d’un écosystème dédié aux expertises médicale, génomique et bio-informatique. Ce soutien a permis à notre projet-pilote d’avancer et de conjuguer nos expertises pour identifier les gènes protecteurs qui ouvriront la voie pour mieux aider les patients »,
conclut Romain.

 

 

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