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Cohorte

L'un des principaux défis en ce qui concerne les maladies non transmissibles dans le 21^ième siècle est de comprendre leur complexité et la dynamique de leurs développements. Afin de faire un pas important vers cette compréhension, il est essentiel de passer de quelques mesures sur quelques personnes à accroître considérablement les mesures à l'échelle de la population. Dans ce contexte où la métabolomique est maintenant reconnue comme un outil de phénotypage puissant dans la recherche médicale et la nutrition, MetaboHUB est pleinement engagée dans la prestation de services à haute valeur ajoutée pour les projets de collaboration au sein des cohortes. Des contacts ont d'abord été initiés avec l’infrastructure française de la cohorte Constances ; des collaborations seront développées lorsque la biobanque sera disponible en 2017. En tant que première étape pour établir une preuve de concept, un projet international en utilisant la cohorte canadienne NuAge (Étude longitudinale québécoise sur la nutrition et le vieillissement) a été construite pour valider l'approche de la métabolomique intégrative de MetaboHUB. Cela consiste à proposer un phénotypage lipidomiques et métabolomique, les méthodes statistiques pour les études longitudinales et l'intégration de données, les métadonnées et la gestion des données, ainsi que les flux de travail bioinformatiques. La cohorte NuAge est unique au niveau international car elle comprend le suivi sur 5 ans de plus d’une centaine de sujets avec des échantillonnages biologiques longitudinaux associés à plus d’un millier de métadonnées. Ce projet permettra l'intégration des données métabolomique avec des variables disponibles de la base de données NuAge (des paramètres biochimiques et socio-démographiques et des habitudes alimentaires) pour construire des modèles multidimensionnels et identifier les biomarqueurs précoces/prédictifs de maladies métaboliques.

Technologie blanche

La biotechnologie blanche et la biologie synthétique représentent une force d'entraînement majeur pour le développement de la métabolomique quantitative et la fluxomique dans le but de comprendre globalement les systèmes biologiques en vue d'élaborer des stratégies avancées pour la (re) conception et mise en œuvre de nouvelles enzymes et de nouvelles voies métaboliques avec des propriétés souhaitées. Comme un défi majeur dans ce domaine, des efforts importants sont faits dans MetaboHUB pour augmenter la capacité d'effectuer une analyse des flux métaboliques à haut débit, avec un accent sur l'automatisation de l'ensemble du flux de travail méthodologique. À ce jour, nos réalisations permettent une augmentation de 20 fois le nombre de souches ou de conditions qui peuvent être analysées, ce qui représente une avancée majeure dans le domaine. Ces développements ont été réalisés en coordination avec les principaux laboratoires français dans ce domaine (par exemple le laboratoire LISBP de Toulouse) et avec le démonstrateur pré-industriel « Toulouse White Biotechnology » (TWB, Toulouse), un autre projet PIA, ce qui facilite le transfert des nouvelles méthodes à des projets scientifiques. Grace à nos réalisations et au schéma de transfert qui ont été mis en place, nous pouvons fournir un soutien pour la fluxomique à un nombre croissant de projets nationaux et européens dans les domaines de la biotechnologie blanche (projet TWB, THANAPLAST), de la bioraffineries (projet européen BIOCORE), et de la biologie synthétique (projet européen PROMYSE, projet EraSysApp, projet METAPP, projet ANR SYNTHACS sur les bioressources et les biotechnologies, projets TWB, projet CARBOYEAST et Synthol). Un avantage important de nos réalisations est la capacité de répondre à une demande croissante de fluxomique des entreprises privées, et nous avons récemment lancé des projets pour les grandes entreprises (SANOFI-PASTEUR, SANOFI-AVENTIS) et les start-ups ou des PME (EVOTEC, ENOBRAQ, DEINOVE), améliorant ainsi leur potentiel d'innovation et de la compétitivité économique.

Plantes

Les équipements et les outils associés développés dans MetaboHUB sont utilisés pour quatre projets ANR sur les bioressources et les biotechnologies concernant les principales cultures: Amaizing (2012-2019, Coordinateur A. Charcosset), SUNRISE (2012-2019, Coordinateur N. Langlade) et BreeWheat (2012-2019, Coordinateur J. Le Gouis), en interaction étroite avec l’INBS Phenome. Comme les phénotypes métaboliques ou métabolomique sont positionnés entre l'expression des gènes et des traits plus complexes tels que le rendement, ils peuvent fournir une bonne stratégie pour la recherche de biomarqueurs précieux dans différentes conditions environnementales.
Les objectifs agronomiques définis avec les collaborateurs de chacun de ces projets sont la tolérance à la limitation de l'eau, la faible disponibilité de l'azote ou de refroidissement pour le maïs, la tolérance à la limitation de l'eau pour le tournesol, et la tolérance à la faible teneur en azote et/ou la disponibilité de soufre pour le blé. Jusqu'à présent, nous avons été impliqués dans l'analyse de six modèles expérimentaux.
Par exemple pour le maïs, les premières annotations de spectres 1H-RMN et LC-MS-QTof ont été effectuées sur les génotypes représentatifs, puis le phénotypage biochimique des feuilles d'un panel de 30 génotypes a été réalisée pendant deux ans et deux conditions à l'aide ces deux stratégies d'analyse. Ces données sont actuellement combinées avec des données de phénotypage au champ ou en serre pour rechercher des marques métabolites ou des signatures métabolites, de la réponse constitutive ou induite par le stress. En cas de besoin les signatures métabolites sont provisoirement identifiées. Ensuite, une sélection de métabolites marqueurs sera mesurée sur un panneau de génotype plus grand (environ 300) après le développement à haut débit des méthodes ciblées d'analyse (en utilisant des microplaques et des mesures robotisés et les développements fait dans l’INBS Phenome, ou des analyses MS ciblées). Cela ouvrira la voie à GWAS effectuée par les généticiens. Nous émettons l'hypothèse que les métabolites, qui peuvent être considérés comme fournissant des informations très condensé, pourraient être particulièrement intéressants lorsqu'ils traitent avec des caractéristiques d’élevage très polygéniques.
Une approche similaire a été lancée avec des feuilles de tournesol pour lesquelles les spectres d'annotation ont commencé en 2016. Pour le blé, jusqu'à présent le profilage métabolomique a été axé sur l'étude du développement des grains de deux génotypes sélectionnés et sera combiné avec des données de protéomique et transcriptomique.
Nous allons capitaliser sur ces différents projets, et d'autres projets sur les cultures et différentes cibles avec des études expérimentales translationnelles.

Cancer

Poussé par les récentes découvertes majeures dans la recherche sur le cancer, en mettant l'accent sur les rôles multiples du métabolisme dans cette maladie, la demande de la métabolomique, et plus spécifiquement pour le profilage et la fluxomique isotopique, est devenue très forte dans ce domaine. Nous avons développé des stratégies adaptées au profil du fluxome des cellules cancéreuses. Des projets pilotes sur la chimiorésistance de leucémie (projet INCa FLEXAML) et sur le mélanome permettent l'analyse comparative de ces développements et de valider leur pertinence biologique. Actuellement, ces approches sont transférées à d'autres types de cancer (pancréas, hépato-carcinome). Ils sont également inclus dans une proposition d’ULR (Recherche Hospitalo-Universitaire en santé) (MODAL) qui a été récemment présentée sur la leucémie myéloïde aiguë. Ces approches sont maintenant également appliquées pour soutenir des projets d'entreprises privées (SANOFI-PASTEUR, EVOTEC).