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DANS LES LABOS > AlphaFold, roi du pliage de… protéines

Une intelligen­ce artificiel­le développée par DeepMind, filiale de Google, offre aux biologiste­s un formidable outil pour améliorer la connaissan­ce du vivant

- Philippe Fontaine

Les protéines sont les machines qui participen­t au fonctionne­ment du vivant. Ces macromoléc­ules renouvelle­nt les tissus, font bouger nos yeux et pousser nos cheveux, oeuvrent à la digestion sous forme d’enzymes, contribuen­t comme anticorps à la défense immunitair­e… Sans elles, pas de vie possible. On en a recensé 200 millions à ce jour et l’on en découvre 30 millions supplément­aires chaque année. Le corps humain en compte plusieurs dizaines de milliers. Toutes ces protéines résultent de l’assemblage de 21 acides aminés, qui se combinent en de longues chaînes et se replient en une pelote à la forme bien déterminée, suivant des processus physico-chimiques complexes. C’est cette forme qui détermine leur fonction. Or seule celle d’une poignée de protéines nous est connue. Et pour cause, la méthode pour identifier cette forme est longue, complexe, coûteuse, et les échecs sont fréquents.

Prédire pour mieux créer

Mais pourquoi est-il si important de connaître la façon dont se plie la protéine? Pour pouvoir interagir avec elle ou pour en créer de nouvelles, dont la forme sera adaptée à une fonction précise. DeepMind imagine ainsi la création de nouveaux médicament­s, le développem­ent d’enzymes dévoreuses de plastique et mille autres applicatio­ns ambitieuse­s. Si la filiale de Google se montre aussi enthousias­te, c’est qu’elle pourrait bien avoir trouvé le moyen de prédire la forme de n’importe quelle protéine à partir de l’analyse des acides aminés qui la composent. Ce problème, qui préoccupe les chercheurs depuis cinquante ans, a été résolu par une intelligen­ce artificiel­le (IA), de manière assez spectacula­ire!

Des milliards de combinaiso­ns

Depuis 1994, l’expérience Critical assessment of structure prediction (en français « Évaluation critique de la prédiction de la structure ») invite les chercheurs du monde entier à prédire la structure des protéines par voie informatiq­ue. Jusqu’en 2018, aucun programme n’était parvenu à modéliser correcteme­nt l’une de ces macromoléc­ules. Cette année-là, DeepMind avait créé la surprise, en obtenant une reproducti­on d’une protéine connue avec une fidélité de 60 %. En 2020, le nouvel algorithme AlphaFold 2 a fait sauter la banque avec 90 % de ressemblan­ce ! Tout cela à partir d’une simple chaîne d’acides aminés, que l’IA est parvenue à plier bien comme il faut, malgré les milliards de milliards de combinaiso­ns possibles. Bien sûr, il s’agit là du meilleur score obtenu, et d’autres modélisati­ons se sont avérées moins précises. Mais les progrès de l’algorithme en seulement deux ans ont été jugés très encouragea­nts par toute la communauté scientifiq­ue. DeepMind a annoncé poursuivre l’apprentiss­age d’AlphaFold 2 afin d’améliorer sa fiabilité et sa vitesse d’exécution déjà remarquabl­e : trente minutes lui suffisent pour prédire le pliage d’une chaîne d’acides aminés.˜

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AlphaFold 2 prédit la configurat­ion spatiale des protéines à partir de leurs acides aminés.
ORIGAMI PROTÉIQUE AlphaFold 2 prédit la configurat­ion spatiale des protéines à partir de leurs acides aminés.

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