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Environnement

2/12/2011

Expédition Tara : le plancton en dit long sur le climat

Radiolaires - ©J.Capoulade/EMBL/Tara Oceans

Samedi 5 septembre 2009. Le bateau Tara part de Lorient pour une expédition de deux ans et demi sur les océans du monde entier. Cette expédition est la première tentative d'étude planétaire du plancton marin. Le but est de mieux connaître cet écosystème, en étudiant sa biodiversité et en comprenant mieux son rôle fondamental dans la régulation du climat. Séquençage ADN, bio-informatique, Laurent Noé, membre de l'équipe-projet Bonsai revient sur l'expertise de son équipe dans cette aventure.

Quelles sont les thématiques de recherche de Bonsai ?

Laurent Noé  : La bio-informatique a connu un important développement ces vingt dernières années. Cette évolution s'est accompagnée d'innovations importantes en biologie moléculaire concernant les technologies de séquençage, le transcriptome, la protéomique, qui permettent d'accéder à une mine d'informations. Ces données constituent une opportunité inédite d'élucider le fonctionnement du génome et de la cellule. L'objectif principal de Bonsai est de développer des outils informatiques pour l'analyse des génomes et des séquences à grande échelle. Cela inclut la définition de modèles combinatoires et d'algorithmes efficaces, la mise en œuvre dans des logiciels robustes et diffusés, la validation sur des données biologiques. La plupart de nos projets de recherche sont menés en collaboration avec des équipes de recherche de biologie.

Quel est l'objectif de l'expédition Tara ?

©Yann Chavance / Tara Expéditions

Laurent Noé  : Les scientifiques ont découvert récemment l'importance du plancton pour le climat : non seulement la population planctonique peut être affectée très rapidement par les variations climatiques dans sa taille et sa nature, mais elle peut à son tour influencer le climat en modifiant l'absorption du carbone. Dans un contexte de changements physico-chimiques rapides, comme l'acidification observée aujourd'hui dans les océans, il devient urgent de prédire l'évolution des planctons. Par ailleurs, ces micro-organismes génèrent des sédiments de plusieurs centaines de mètres à la surface des fonds océaniques qui nous permettent de revenir au temps des premiers océans sur Terre et de comprendre l'histoire de notre biosphère. Les données qui sont extraites vont être d’abord filtrées puis ensuite analysées.

L'équipe Bonsai "booste" le séquençage ADN des planctons marins

Quel est le rôle de Bonsai dans ce projet ?

Laurent Noé  : L'équipe Bonsai s'inscrit dans le projet Mappi, lui même interne au projet Tara . Le projet Mappi regroupe quatre partenaires : Le Génoscope, le LIAFA, le LIFL  et l'IRISA. Les trois derniers étant des groupes de recherche en informatique dont l'expertise est complémentaire pour les données à traiter et les techniques a développer. En effet, chacun est spécialiste dans l'un des thèmes du projet: structures d'indexation, algorithmes sur les séquences, algorithmes distribués et parallèles, analyse de séquences biologiques, etc. Ces groupes vont proposer de nouveaux algorithmes et développer des logiciels open source qui faciliteront l'analyse des échantillons transmis par le bateau Tara toutes les huit semaines. Le Génoscope, l'un des partenaires majeurs du projet Tara va d'abord séquencer les échantillons ADN et ARN de protistes marins (petits organismes eucaryotes présents dans le plancton) récoltés dans différents lieux à la surface du globe. Ensuite, il faudra procéder au traitement bio-informatique. Cependant, les logiciels existants utilisés par le Génoscope ne sont pas adaptés aux besoins actuels du projet. Les séquenceurs utilisés produisent d’énormes quantités de petites séquences, totalisant plusieurs TeraBytes. La masse de données à aligner et à assembler est si importante que cela représente le goulot d’étranglement de ces nouvelles technologies. Les plus rapides  logiciels actuels (tels que Blast ) ne sont pas capables de passer à l’échelle en termes de temps de calcul intensif. C'est à ce stade de projet qu'intervient Bonsai, en essayant de rendre le filtrage plus rapide. L'objectif est de fournir des méthodes algorithmiquement plus efficaces , afin de faciliter et de rendre plus précise l'analyse des échantillons de planctons.

Comment procédez-vous ?

Laurent Noé  : L’idée principale est de savoir ce qu’on a dans cette "soupe", la quantité et le type d’individus à partir des échantillons d'ADN et d'ARN. Or, les échantillons sont composés de millions de séquences. La difficulté majeure est d'assembler ces petits morceaux et de leur attribuer une espèce. Il faut pour cela détecter les similarités ! C'est un problème éminemment compliqué à cette échelle. Plusieurs méthodes pour cela : on fait une analyse globale, on recherche les similarités entre ces séquences et des séquences connues ; on utilise un "classifieur", outil permettant d'attribuer un type à une séquence, et ce, toujours en se basant sur les similarités. L’objectif étant toujours de faciliter le temps de calcul.

Il devient urgent de prédire l'évolution des planctons

Quels sont les enjeux d'un tel "décodage" pour l'avenir ?

Laurent Noé  : Mieux connaitre et voir l’évolution de l’espèce, anticiper les conséquences sur le climat en protégeant d’une part la population planctonique, et d’autre part son influence sur le climat via absorption du carbone. Autant d’enjeux qui peuvent paraître abstraits, mais demeurent néanmoins plus que concrets dans un contexte de changements physicochimiques rapides.

Mots-clés : Projet Tara Equipe-projet Bonsai Centre de recherche INRIA Lille - Nord Europe Séquencage ADN Plancton marin Expédition scientifique Bioinformatique

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