La prochaine révolution logicielle : la programmation des cellules vivantes
-
0:01 - 0:05La seconde moitié du 20e siècle
a été complètement définie -
0:05 - 0:07par une révolution technologique :
-
0:07 - 0:09la révolution du logiciel.
-
0:09 - 0:14La capacité à programmer des électrons
sur une matière, le silicium, -
0:14 - 0:17a rendu possible des technologies,
des sociétés et des industries -
0:17 - 0:21qui nous étaient jusqu’alors
inimaginables, -
0:21 - 0:25mais qui ont fondamentalement changé
la manière dont fonctionne le monde. -
0:26 - 0:28Cependant, la première moitié du 21e
-
0:28 - 0:32va être transformée par
une nouvelle révolution du logiciel : -
0:32 - 0:35la révolution du logiciel vivant.
-
0:35 - 0:39Et elle sera mise en action par la
capacité à programmer la biochimie -
0:39 - 0:41sur une matière appelée biologie.
-
0:41 - 0:45Et ainsi, nous pourrons utiliser
les propriétés de la biologie -
0:45 - 0:48pour créer de nouveaux types de thérapies,
-
0:48 - 0:50pour réparer des tissus endommagés,
-
0:50 - 0:53pour reprogrammer
des cellules défectueuses, -
0:53 - 0:57et même pour construire des systèmes
d'exploitation par la biochimie. -
0:58 - 1:02Si nous y arrivons -
et nous devons y arriver - -
1:02 - 1:04les impacts seront si importants
-
1:04 - 1:08que cela rendra la première révolution
logicielle insignifiante en comparaison. -
1:08 - 1:12Et cela parce le logiciel vivant
transformera la totalité de la médecine, -
1:12 - 1:14de l'agriculture et de l'énergie,
-
1:14 - 1:18des secteurs qui écrasent
ceux dominés par l'informatique. -
1:19 - 1:23Imaginez des plantes programmables
qui fixent l'azote plus efficacement -
1:23 - 1:26ou qui résistent
aux nouveaux pathogènes fongiques. -
1:26 - 1:29Imaginez des récoltes programmées
pour être vivaces plutôt qu'annuelles, -
1:30 - 1:32afin de pouvoir faire
deux moissons par an. -
1:32 - 1:34Cela tranformerait l'agriculture
-
1:34 - 1:38et permettrait de nourrir une population
mondiale en croissance. -
1:39 - 1:41Imaginez une immunité programmable,
-
1:41 - 1:45utilisant des dispositifs moléculaires
guidant votre système immunitaire -
1:45 - 1:49pour détecter, éradiquer
voire prévenir des maladies. -
1:49 - 1:51Cela transformerait la médecine
-
1:51 - 1:54et la manière de maintenir une population
vieillissante en bonne santé. -
1:56 - 2:00Nous avons déjà beaucoup des outils
qui rendent possible le logiciel vivant. -
2:00 - 2:02On peut éditer précisément
les gènes avec CRISPR. -
2:02 - 2:05On peut réécrire le code génétique
base par base. -
2:05 - 2:10On peut même construire
des circuits synthétiques à partir d'ADN. -
2:10 - 2:13Mais comprendre comment et quand
se servir de tout ça -
2:13 - 2:15est encore un processus
d'essais et d'erreurs. -
2:15 - 2:19Cela demande une grande expertise,
des années de spécialisation. -
2:19 - 2:22Les protocoles expérimentaux
sont compliqués à découvrir -
2:22 - 2:25et trop souvent, difficiles à reproduire.
-
2:25 - 2:30Vous savez, on a tendance en biologie
à beaucoup se focaliser sur les détails, -
2:30 - 2:33mais on sait tous que l'acte de voler
n'aurait pas pu être compris -
2:33 - 2:35si on n'avait étudié que les plumes.
-
2:35 - 2:39Et donc, programmer la biologie n'est pas
aussi simple que programmer un odinateur. -
2:39 - 2:41Et pour compliquer les choses,
-
2:41 - 2:45les systèmes vivants ne ressemblent
pas du tout aux systèmes inventés -
2:45 - 2:47que vous et moi programmons
tous les jours. -
2:48 - 2:52A l'inverse des systèmes conçus par nous,
les systèmes vivants s'auto-reproduisent, -
2:52 - 2:53s'auto-organisent,
-
2:53 - 2:55fonctionnent au niveau moléculaire.
-
2:55 - 2:57Et les interactions à ce niveau
-
2:57 - 3:00produisent généralement
des résultats solides à l'échelle macro. -
3:00 - 3:03Ils peuvent même s'auto-réparer.
-
3:04 - 3:07Observez, par exemple,
la simple plante d'intérieur, -
3:07 - 3:09comme celle sur votre cheminée,
-
3:09 - 3:12que vous oubliez toujours d'arroser.
-
3:12 - 3:15Tous les jours, malgré votre négligence,
la plante se réveille -
3:15 - 3:18et doit déterminer comment
allouer ses ressources : -
3:18 - 3:22grandir, faire de la photosynthèse,
produire des graines ou des fleurs ? -
3:22 - 3:26C'est une décision qui doit être prise
au niveau de l'organisme entier. -
3:26 - 3:29Mais une plante n'a pas de cerveau
pour se décider. -
3:29 - 3:32Elle doit se débrouiller
avec les cellules de ses feuilles. -
3:32 - 3:34Elles doivent réagir à l'environnement
-
3:34 - 3:37et prendre des décisions
qui affectent la plante entière. -
3:37 - 3:41Et donc, d'une certaine manière, il y a un
programme à l'intérieur de ces cellules, -
3:41 - 3:43qui réagira aux signaux extérieurs
-
3:43 - 3:46et déterminera ce que cette cellule fera.
-
3:46 - 3:49Ces programmes doivent ensuite
travailler de manière distribuée, -
3:49 - 3:50cellule par cellule,
-
3:50 - 3:54afin de coordonner leur action
pour que la plante grandisse et fleurisse. -
3:56 - 3:59Si nous arrivions à comprendre
ces programmes biologiques, -
3:59 - 4:02si nous arrivions à comprendre
les calculs biologiques, -
4:02 - 4:06cela transformerait notre
comprehension du comportement -
4:06 - 4:08des cellules.
-
4:08 - 4:10Et si nous comprenions ces programmes,
-
4:10 - 4:12nous pourrions les déboguer
en cas de problème. -
4:12 - 4:17Ou nous pourrions apprendre d'eux comment
concevoir les circuits synthétiques -
4:17 - 4:21qui exploitent vraiment
la puissance de calcul de la biochimie. -
4:22 - 4:26Ma passion pour cette idée
m'a menée dans une carrière de chercheur -
4:26 - 4:29au croisement des maths,
de l'informatique et de la biologie. -
4:29 - 4:34Dans mon travail, je me concentre
sur le concept de calcul biologique. -
4:34 - 4:37Et cela signifie chercher
ce que les cellules calculent, -
4:38 - 4:41et tenter de découvrir
ces programmes biologiques. -
4:42 - 4:46J'ai commencé à poser ces questions
avec des collaborateurs géniaux -
4:46 - 4:48de la R&D de Microsoft
et de l'Université de Cambridge, -
4:48 - 4:50où nous essayons ensemble de comprendre
-
4:50 - 4:55le programme biologique qui tourne
dans un unique type de cellule : -
4:55 - 4:57une cellule souche embryonnaire.
-
4:57 - 5:00Ces cellules sont uniques
car elles sont totalement naïves. -
5:00 - 5:02Elles peuvent devenir
ce qu'elles veulent : -
5:03 - 5:05une cellule du cerveau, du cœur,
d'un os, d'un poumon, -
5:05 - 5:07n'importe quel type de cellule.
-
5:07 - 5:09Cette naïveté qui les rend uniques
-
5:09 - 5:12a enflammé l'imagination
de la communauté scientifique, -
5:12 - 5:15qui a compris, si elle arrivait
à exploiter ce potentiel, -
5:15 - 5:18qu'elle pourrait en faire un outil
puissant pour la médecine. -
5:18 - 5:21Si on pouvait comprendre
comment elles décident -
5:21 - 5:23de devenir un type ou l'autre,
-
5:23 - 5:24on pourrait peut-être s'en servir
-
5:24 - 5:29pour créer les cellules nécessaires pour
réparer des tissus malades ou endommagés. -
5:30 - 5:33Mais atteindre ce but
comporte pas mal de défis, -
5:33 - 5:36dont le principal est que ces cellules
-
5:36 - 5:38apparaissent juste six jours
après la conception. -
5:39 - 5:41Et disparaissent en un jour ou deux.
-
5:41 - 5:43Elles auront pris le chemin
-
5:43 - 5:46qui mène à toutes les structures
et les organes du corps adulte. -
5:48 - 5:51Mais il s'avère que le destin des cellules
est un peu moins figé -
5:51 - 5:52que nous ne le croyions.
-
5:52 - 5:57Il y a 13 ans, des scientifiques ont
montré quelque chose de révolutionnaire. -
5:57 - 6:02En injectant quelques gènes
dans une cellule adulte, -
6:02 - 6:04par exemple, une cellule de peau,
-
6:04 - 6:08on peut la faire revenir à son état naïf.
-
6:08 - 6:11Ce processus est connu sous le nom
de « reprogrammation ». -
6:11 - 6:14Il nous permet d'imaginer
une sorte d'utopie : -
6:14 - 6:18collecter des cellules sur un patient,
-
6:18 - 6:20les faire retourner à leur état naïf,
-
6:20 - 6:23puis les transformer en ce dont
le patient peut avoir besoin, -
6:23 - 6:25des neurones ou des cellules cardiaques.
-
6:27 - 6:28Mais depuis dix ans,
-
6:28 - 6:31on est toujours en train de tester
-
6:31 - 6:34comment choisir le destin de la cellule.
-
6:34 - 6:38Même dans les cas où on a découvert des
protocoles expérimentaux qui fonctionnent, -
6:38 - 6:40ils restent inefficaces,
-
6:40 - 6:44et on ne comprend toujours pas
comment et pourquoi ils fonctionnent. -
6:45 - 6:48Savoir changer une cellule
souche en une cellule cardiaque -
6:48 - 6:51ne vous dit en aucun cas comment
changer une cellule souche -
6:51 - 6:52en un neurone.
-
6:53 - 6:56Nous voulions donc comprendre
le programme biologique -
6:56 - 6:58qui tourne dans une
cellule souche embryonnaire. -
6:58 - 7:02Et comprendre les calculs
effectués par un système vivant -
7:02 - 7:06démarre en posant une question
incroyablement simple : -
7:06 - 7:09au fait, qu'est-ce que
ce système doit faire ? -
7:10 - 7:13L'informatique utilise en fait
un ensemble de stratégies -
7:13 - 7:17pour traiter ce que le logiciel
et le matériel sont censés faire. -
7:17 - 7:19Quand vous écrivez un programme,
vous codez du logiciel, -
7:19 - 7:21vous voulez qu'il fonctionne correctement,
-
7:21 - 7:23qu'il soit performant, fonctionnel.
-
7:23 - 7:26Vous voulez éviter les erreurs,
qui pourraient coûter cher. -
7:26 - 7:28Quand un développeur écrit un programme,
-
7:28 - 7:30il écrit d'abord
un ensemble de spécifications, -
7:30 - 7:32ce que le programme est censé faire.
-
7:32 - 7:34Peut-être doit-il comparer deux nombres
-
7:35 - 7:36ou les ranger par ordre croissant.
-
7:37 - 7:42Il existe des technologies qui vous
permettent de vérifier automatiquement -
7:42 - 7:44si vos spécifications sont satisfaites,
-
7:44 - 7:47si le programme fait
ce qu'il est censé faire. -
7:47 - 7:50Notre idée est donc du même ordre :
-
7:50 - 7:53des observations expérimentales,
des mesures dans un laboratoire, -
7:53 - 7:58correspondant aux spécifications de ce que
le programme biologique est censé faire. -
7:59 - 8:01On avait donc juste besoin de trouver
-
8:01 - 8:04comment coder
ce nouveau type de spécifications. -
8:05 - 8:08Imaginons que vous soyez là
à observer les gènes, -
8:08 - 8:11vous trouvez que si le gène A est actif,
-
8:11 - 8:14alors les gènes B ou C semblent actifs.
-
8:15 - 8:18Vous pouvez écrire cette observation
sous forme d'expression mathématique -
8:18 - 8:21en utilisant le langage de la logique :
-
8:21 - 8:23Si A, alors B ou C.
-
8:24 - 8:27Ok, c'est un exemple très simple,
-
8:27 - 8:28juste pour illustrer mon propos.
-
8:28 - 8:31On sait encoder des expressions complexes
-
8:31 - 8:36qui décrivent réellement le comportement
dans le temps de gènes ou de protéines -
8:36 - 8:38dans différentes expériences.
-
8:39 - 8:41Ainsi, en traduisant vos observations
-
8:41 - 8:43en expressions mathématiques,
-
8:43 - 8:48il devient possible de tester
si oui ou non ces observations émergent -
8:48 - 8:51d'un programme d'interactions génétiques.
-
8:52 - 8:55Et nous avons développé
un outil pour faire ça. -
8:55 - 8:58On a pu l'utiliser
pour encoder nos observations -
8:58 - 8:59en expressions mathématiques,
-
8:59 - 9:03et il nous a ensuite permis
de découvrir le programme génétique -
9:03 - 9:04qui les expliquait toutes.
-
9:05 - 9:08Et on a ensuite appliqué cette approche
-
9:08 - 9:12pour découvrir le programme génétique qui
tourne à l'intérieur des cellules souches -
9:12 - 9:16pour voir si nous pouvions comprendre
comment induire cet état naïf. -
9:16 - 9:18Cet outil a été en fait développé
-
9:18 - 9:21à partir d'une solution communément
utilisée dans le monde -
9:21 - 9:23pour vérifier du logiciel classique.
-
9:24 - 9:27On a commencé avec un ensemble
de presque 50 spécifications -
9:27 - 9:32générées à partir d'observations
expérimentales sur des cellules souches. -
9:32 - 9:35Et en encodant ces observations
dans cet outil, -
9:35 - 9:38on a pu découvrir
le premier programme moléculaire -
9:38 - 9:40qui les expliquait toutes.
-
9:40 - 9:43Ça, ce n'est pas un mince exploit, non ?
-
9:43 - 9:46Arriver à réunir toutes ces observations
-
9:46 - 9:49ne se fait pas sur un coin de table,
-
9:49 - 9:52même si vous avez une grande table.
-
9:52 - 9:56Et puisque nous avions compris cela,
nous pouvions aller un cran plus loin. -
9:56 - 9:59On pouvait s'en servir pour prédire
le comportement de la cellule -
9:59 - 10:01dans des conditions
qu'on n'avait pas testées. -
10:01 - 10:04On pouvait mener une expérience virtuelle.
-
10:05 - 10:06Et c'est ce qu'on a fait :
-
10:06 - 10:09on a généré des prédictions
qu'on a testées au laboratoire, -
10:09 - 10:12et on a vu que ce programme
prédisait très bien. -
10:12 - 10:15Il nous disait comment
accélérer nos progrès -
10:15 - 10:18pour retourner à l'état naïf
rapidement et efficacement. -
10:18 - 10:21Il nous a dit quels gènes
cibler pour ce faire, -
10:21 - 10:23quels gènes pourraient même
entraver ce processus. -
10:23 - 10:28Le programme est même capable de prévoir
dans quel ordre les gènes vont s'activer. -
10:29 - 10:35Cette approche nous a donc vraiment permis
de découvrir la dynamique des cellules. -
10:36 - 10:39Nous avons développé une méthode qui
n'est pas spécifique aux cellules souches. -
10:39 - 10:42Mais elle nous permet
de comprendre les calculs -
10:42 - 10:44que la cellule effectue
-
10:44 - 10:47dans ce contexte
d'interactions génétiques. -
10:47 - 10:49C'est donc juste un élément de base.
-
10:49 - 10:52Nous avons besoin de vite
développer de nouvelles approches -
10:52 - 10:54pour comprendre plus largement
les calculs biologiques, -
10:54 - 10:56et ce, à différents niveaux,
-
10:56 - 11:00depuis l'ADN jusqu'aux flux
d'information entre cellules. -
11:00 - 11:03Seulement ce type de compréhension
transformative -
11:03 - 11:08nous permettra d'utiliser la biologique
de manière prévisible et fiable. -
11:09 - 11:12Mais pour programmer la biologie,
il nous faudra développer -
11:12 - 11:14les outils et les langages
-
11:14 - 11:18qui permettront aux expérimentateurs
et aux scientifiques computationnels -
11:18 - 11:20de concevoir des fonctions biologiques,
-
11:20 - 11:24de les transposer dans le langage
machine de la cellule, -
11:24 - 11:25sa biochimie,
-
11:25 - 11:27afin de pouvoir ensuite
créer ces structures. -
11:27 - 11:31Cela ressemble à un compilateur
de logiciel vivant, -
11:31 - 11:33et je suis fière de faire
partie d'une équipe -
11:33 - 11:35qui en développe une.
-
11:35 - 11:39Même si dire que c'est un grand défi
est plutôt un euphémisme, -
11:39 - 11:40si on y arrive,
-
11:40 - 11:44ce sera le lien ultime
entre le logiciel et le biologiciel. -
11:45 - 11:48Plus largement, programmer le vivant
ne sera possible -
11:48 - 11:53que si on arrive à rendre
le domaine vraiment multidisciplinaire. -
11:53 - 11:56Ça demande de joindre les sciences
physiques et celles du vivant, -
11:56 - 11:58et les scientifiques
dans ces deux disciplines -
11:58 - 12:01doivent être capables de travailler
dans un langage commun -
12:01 - 12:03et d'avoir des questions partagées.
-
12:05 - 12:08Sur le long terme, il faut se souvenir
que les géants actuels du logiciel -
12:08 - 12:11et les technologies que nous
utilisons tous les jours -
12:11 - 12:13auraient à peine pu être imaginés
-
12:13 - 12:16quand nous avons commencé
à programmer des composants en silicium. -
12:16 - 12:19Si nous imaginons maintenant
le potentiel pour les technologies -
12:20 - 12:22apporté par la biologie computationnelle,
-
12:22 - 12:25nous verrons quelques étapes
du chemin qui nous mènera -
12:25 - 12:26vers la concrétisation.
-
12:27 - 12:30Il faut également garder à l'esprit
que ce type de technologie -
12:30 - 12:32pourrait être mal utilisé.
-
12:32 - 12:36Si on parle aisément du potentiel de la
programmation des cellules immunitaires, -
12:36 - 12:39nous devons aussi penser
au potentiel des bactéries -
12:39 - 12:41conçues pour les contrecarrer.
-
12:41 - 12:44Il pourrait exister des gens
qui voudraient faire cela. -
12:44 - 12:45Toutefois, une pensée rassurante -
-
12:45 - 12:48moins rassurante pour les scientifiques -
-
12:48 - 12:51est que la biologie est
une chose fragile à manipuler. -
12:51 - 12:53Programmer le vivant
ne sera pas quelque chose -
12:53 - 12:55qu'on fera dans sa cuisine.
-
12:56 - 12:58Mais comme on n'en est qu'au tout début,
-
12:58 - 13:00nous pouvons avancer lucidement.
-
13:00 - 13:03Nous pouvons déjà poser
les questions difficiles, -
13:03 - 13:06mettre en place
les garde-fous nécessaires, -
13:06 - 13:09et, en complément de tout ça,
nous devons parler d'éthique. -
13:09 - 13:12Nous devons penser à mettre
des limites dans l'implémentation -
13:12 - 13:13d'une fonction biologique.
-
13:14 - 13:17Et donc, en même temps, la recherche
en bioéthique devra être une priorité. -
13:17 - 13:20Elle ne peut pas être reléguée en second
-
13:20 - 13:22à cause de l'attrait
de l'innovation scientifique. -
13:23 - 13:27Mais la récompense ultime,
le but de notre voyage, -
13:27 - 13:30sera des applications
et une industrie permettant des progrès -
13:30 - 13:34en agriculture, en médecine,
dans l'énergie et dans les matériaux, -
13:34 - 13:36et même en informatique.
-
13:36 - 13:40Imaginez qu'un jour nous puissions
alimenter en énergie la planète -
13:40 - 13:42par l'énergie verte ultime,
-
13:42 - 13:45si nous arrivions à reproduire ce que les
plantes ont compris il y longtemps : -
13:46 - 13:49comment exploiter l'énergie du soleil
avec une efficacité sans commune mesure -
13:49 - 13:51avec nos panneaux solaires actuels.
-
13:52 - 13:54Si nous arrivons à comprendre
ces interactions quantiques -
13:54 - 13:58qui permettent aux plantes d'absorber
la lumière si efficacement, -
13:58 - 14:02nous pourrons traduire cela pour
construire des circuits ADN synthétiques -
14:02 - 14:04qui pourraient servir à créer
de meilleurs capteurs solaires. -
14:05 - 14:09Il y a des équipes de scientifiques
qui travaillent sur ces fondements, -
14:09 - 14:12et donc avec la bonne attention
et les bons investissements, -
14:12 - 14:15on pourrait y arriver en 10 à 15 ans.
-
14:15 - 14:19Nous sommes au début
d'une révolution technologique, -
14:19 - 14:22Comprendre ce type ancien
de calcul biologique -
14:22 - 14:24est la première étape.
-
14:24 - 14:26Si nous y arrivons,
-
14:26 - 14:29nous entrerons dans l'ère
d'un système d'exploitation -
14:29 - 14:31faisant tourner du logiciel vivant.
-
14:31 - 14:32Merci beaucoup.
-
14:32 - 14:34(Applaudissements)
- Title:
- La prochaine révolution logicielle : la programmation des cellules vivantes
- Speaker:
- Sara-Jane Dunn
- Description:
-
Les cellules de votre corps sont comme des logiciels : elles sont « programmées » pour exécuter des fonctions spécifiques à des moments précis. Si nous pouvions mieux comprendre ce processus, nous pourrions débloquer la capacité de reprogrammer les cellules nous-mêmes, explique la biologiste computationnelle Sara-Jane Dunn. Dans ce discours à la pointe de la science, elle explique comment son équipe étudie les cellules souches embryonnaires pour acquérir une nouvelle compréhension des programmes biologiques qui permettent la vie - et développer des « logiciels vivants » qui pourraient transformer la médecine, l'agriculture et l'énergie.
- Video Language:
- English
- Team:
- closed TED
- Project:
- TEDTalks
- Duration:
- 14:47
eric vautier approved French subtitles for The next software revolution: programming biological cells | ||
Claire Ghyselen accepted French subtitles for The next software revolution: programming biological cells | ||
Claire Ghyselen edited French subtitles for The next software revolution: programming biological cells | ||
Claire Ghyselen edited French subtitles for The next software revolution: programming biological cells | ||
eric vautier edited French subtitles for The next software revolution: programming biological cells | ||
eric vautier edited French subtitles for The next software revolution: programming biological cells | ||
eric vautier edited French subtitles for The next software revolution: programming biological cells | ||
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