La biologie a énormément évolué depuis les années 1990: les technologies de séquençage de l'ADN ont permis cette révolution. La génétique est d'ailleurs indissociable de l'évolution spectaculaire de la biologie moléculaire et cellulaire qui a littéralement transformé les champs d'investigation et la façon de travailler des biologistes. Nos chercheurs ont pleinement investi ce champ d'études qui consiste à étudier le matériel génétique d'un organisme, de son génome à ses cellules en passant par les protéines qu'elles expriment. Désormais, l'exploration de la diversité du vivant au moyen de la génomique fonctionnelle passe par la gestion, l'analyse et l'interprétation d'une quantité gigantesque de données qui exige l'apport des bio-informaticiens.
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Les visages de la recherche sur les systèmes biologiques
Biologie des systèmes
La biologie des systèmes consiste à intégrer différents niveaux d'information pour comprendre comment un système biologique fonctionne. Pour ce faire, les scientifiques étudient les relations et les interactions entre différentes parties d'un système (cellules, gènes, protéines) afin de pouvoir décrire le fonctionnement d'un système dans sa totalité. La technique de criblage à haut débit permet d'étudier les gènes et les protéines d'un organisme en quantifiant les changements dans le génome, le Le transcriptome est l'ensemble des ARN issus de la transcription du génome., le Le protéome est l'ensemble des protéines exprimées dans une cellule ou un groupe de cellules. et le Le métabolome est constitué de l'ensemble des petites molécules, les métabolites. à la suite d'une perturbation quelconque.
Christian Landry, professeur titulaire, Département de biochimie, de microbiologie et de bio-informatique
Titulaire de la Chaire de recherche du Canada en biologie cellulaire évolutive
Le professeur Landry étudie les processus évolutifs qui façonnent le vivant. Lui et son équipe travaillent sur les systèmes cellulaires en vue de comprendre les principes selon lesquels l'information contenue dans l'ADN se traduit en structures moléculaires et cellulaires complexes. Ils s'attardent également à l'effet des gènes individuels sur la régulation des protéines, leur structure, leur assemblage et leurs interactions afin de faire la lumière sur les mécanismes à l'origine des maladies humaines.
Biologie des virus et bactériophages
L'étude des virus de bactéries, les bactériophages, a contribué à la naissance de la biologie moléculaire et a permis de mettre au jour les mécanismes moléculaires qui régissent la cellule. La biologie des virus a permis de mettre au point la thérapie génique pour traiter certaines maladies génétiques. Les scientifiques se tournent également vers les virus comme outils de lutte contre les infections bactériennes. De plus, leur étude nous permet de comprendre l'origine de la vie ainsi que l'émergence de la biodiversité sur la planète.
Sylvain Moineau, professeur titulaire, Département de biochimie, de microbiologie et de bio-informatique
Titulaire de la Chaire de recherche du Canada sur les bactériophages et curateur de la collection de phages Félix d'Hérelle
Sylvain Moineau doit une partie de sa renommée à la découverte qu'il a faite, avec une équipe internationale, de la technologie d'édition génétique CRISPR-Cas9. Cette technologie est avant tout un mécanisme de défense des bactéries contre les virus qui les infectent et les détruisent, les bactériophages. Le professeur Moineau approfondit les connaissances sur la biologie de ces virus et leurs interactions avec les bactéries en combinant des données en génomique, transcriptomique, protéomique et biologie structurale. Il espère ainsi valider le potentiel des phages comme solution de remplacement aux antibiotiques et trouver de nouvelles façons de les éliminer dans les fermentations laitières.
Bio-informatique
La bio-informatique est une discipline qui se situe à l'intersection des mathématiques, de l'informatique, des statistiques et de la biologie. Elle s'est développée grâce aux progrès technologiques qui donnent accès à un nombre croissant de données sur l'environnement, le génome et les variations des gènes. La bio-informatique permet d'analyser des données issues de l'information génétique contenue dans une séquence d'ADN ou dans les protéines qu'il code. Elle est également utilisée pour analyser et modéliser les interactions entre les gènes, les protéines, les cellules et les organismes grâce aux données fournies par les technologies d'analyse à haut débit telles la protéomique et la transcriptomique.
Simon Hardy, professeur agrégé, Département de biochimie, de microbiologie et de bio-informatique, Département d'informatique et de génie logiciel
Chercheur à l'axe Neurosciences cellulaires et moléculaires du Centre de recherche CERVO
Le professeur Hardy et son équipe construisent des modèles mathématiques et computationnels – dont des modèles théoriques de neurones – à partir de données expérimentales qui servent ensuite à analyser les comportements et dynamiques complexes propres aux systèmes biologiques. Son groupe utilise également les concepts de la théorie du contrôle pour expliquer les mécanismes de régulation cellulaire comme la signalisation cellulaire. Les modèles développés permettent de prédire la réponse d'un système dans différentes situations, d'expliquer comment ce dernier peut être altéré et quelles interventions peuvent être posées pour le restaurer.
Génomique comparative et évolutive
Grâce à l'étude de la structure et de la fonction des génomes des espèces, il est possible de caractériser et de comprendre les effets de la sélection naturelle sur l'organisation et l'évolution des génomes. Ce domaine de la recherche profite grandement de l'arrivée d'outils informatiques de plus en plus puissants. La génomique comparative permet la découverte de gènes et de leurs séquences régulatrices non codantes. Les travaux récents de séquençage de l'ADN ont montré que toutes les espèces vivantes ont de nombreux traits communs et que ce n'est pas tant la distance génétique qui importe, mais la combinaison et la hiérarchie des gènes qui créent la diversité du vivant.
Claude Lemieux, professeur titulaire, Département de biochimie, de microbiologie et de bio-informatique
Membre de l'Institut de biologie intégrative et des systèmes (IBIS)
Le professeur Lemieux se spécialise en génomique comparative, en phylogénomique et en évolution moléculaire des plantes. Lui et son groupe de recherche s'attardent à déterminer et à analyser les séquences complètes de génomes d'organites d'algues vertes, un travail colossal puisque ce génome contient de 20 000 à 600 000 paires de base. Le but ultime est de comprendre comment les algues vertes ont évolué et donné naissance aux plantes terrestres.
Chaque jour, je suis contente de venir travailler. L’équipe [de Sylvain Moineau] est comme une grosse famille. Tu n’es pas gênée de dire "telle chose ne marche pas", "je ne sais pas comment faire ça". L’équipe y est pour beaucoup.
Marie-Laurence Lemay, diplômée du doctorat en microbiologie sous la supervision de Sylvain Moineau
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Génomique fonctionnelle
La génomique est l'étude de la fonction et de l'expression des gènes séquencés par la caractérisation du Le transcriptome est l'ensemble des ARN issus de la transcription du génome. et du Le protéome est l'ensemble des protéines exprimées dans une cellule ou un groupe de cellules.. Ce travail permet de mieux comprendre la fonction biologique des gènes d'une cellule et, au final, d'appréhender l'effet du génome d'une espèce sur ses fonctions biologiques.
Juan Carlos Villarreal A., professeur agrégé, Département de biologie
Membre de l'Institut de biologie intégrative et des systèmes (IBIS) ainsi que du Centre d'étude de la forêt (CEF)
Juan Carlos Villarreal Aguilar s'intéresse à l'évolution des plantes et des lichens. Il utilise le microscope électronique, les séquences d'ADN et les données génomiques afin de mettre en lumière les différences entre les plantes. Un de ses projets de recherche porte sur la diversité génétique et chimique des Les gymnospermes sont des plantes à «graine nue», c'est-à-dire dont les graines se développent dans un fruit ouvert. au Panama. La génomique fonctionnelle lui sert également à analyser les symbioses entre 2 familles de plantes, les bryophytes et les cycadales, et les cyanobactéries.
Structure et fonction des protéines
L'étude des protéines qui résultent de la transcription des gènes est essentielle à la compréhension du fonctionnement et dysfonctionnement des organismes au niveau moléculaire. La connaissance fine des protéines ouvre la voie à la découverte de nouveaux agents thérapeutiques, de matériaux biodégradables, de bioréacteurs de détoxification ou encore de biocatalyseurs industriels moins polluants que ceux utilisés actuellement.
Normand Voyer, professeur titulaire, Département de chimie
Directeur du Regroupement québécois de recherche sur la fonction, la structure et l'ingénierie des protéines (PROTEO)
Le professeur Voyer travaille sur plusieurs projets de développement d'agents thérapeutiques. Un de ces projets consiste à synthétiser un système moléculaire simple capable de reproduire la reconnaissance de petites La chiralité est une propriété géométrique importante des molécules liées à leur symétrie. Cette molécule à une «latéralité» et n'est pas superposable à son image dans un miroir. et de très grosses protéines, un processus vital pour la survie et la reproduction des êtres vivants. Ce système moléculaire fixé à la surface de certains enzymes et protéines jouera le rôle de récepteur moléculaire capable de reconnaître de larges surfaces plutôt que de petites molécules, et pourra servir, entre autres, à trouver de nouvelles façons de purifier des protéines thérapeutiques ainsi qu'à stabiliser des structures actives d'enzymes utilisées en industrie.
Interaction hôte-parasite
Un parasite vit aux dépens de son hôte, mettant la santé et la survie de ce dernier en danger. Cette action entraîne une réaction de l'hôte, qui tente de se défendre. Les chercheurs étudient ces interactions hôtes-parasites afin de comprendre ces relations antagonistes et l’évolution de cette course aux armements. Ultimement, les hôtes les plus résistants à ces parasites sont sélectionnés en fonction de leurs habiletés à déjouer les ravageurs. La compréhension de ces dynamiques présente un intérêt pour l'écologie évolutive, la santé, l'agriculture et la conservation des espèces.
Nadia Aubin-Horth, professeure titulaire, Département de biologie
Membre de l'institut de biologie intégrative et des systèmes
Nadia Aubin-Horth est une spécialiste de l'écologie génomique et de la biologie intégrative du comportement. Son groupe de recherche étudie les interactions entre un parasite et son hôte: l’épinoche à trois épines et un vers plat. Une fois parasité, le poisson ne répond plus aux attaques de prédateur. Comme ce parasite se reproduit uniquement dans l’intestin d’un oiseau prédateur, le laboratoire du Dr Aubin-Horth cherche à répondre aux questions suivantes: le parasite manipule-t-il le comportement de son hôte poisson pour favoriser sa transmission vers son hôte oiseau? Si oui, comment? Pour étudier les interactions moléculaires entre le poisson et son parasite, le groupe du Dr Aubin-Horth combine l’information sur le comportement du poisson et les changements qui s'opèrent au niveau moléculaire dans son cerveau, dans le parasite et dans les molécules impliquées dans l’interaction entre les deux espèces.
Mon travail, c’est un peu comme en astrophysique où on essaie de comprendre comment l’Univers est organisé. C’est ce qu’on essaie de faire pour des choses qu’on ne peut pas voir, pas parce qu’elles sont trop loin, mais parce qu’elles sont trop petites!
Christian Landry, professeur au Département de biologie et au Département de biochimie, de microbiologie et de bio-informatique