Bioinformatique et Génomique Environnementale (BGE)

La génomique environnementale est un domaine de recherche émergent qui regroupe l’ensemble des études sur les organismes et les écosystèmes, présents ou passés, par l’analyse de la séquence et de l’expression des gènes, génomes ou métagénomes.
Les nouvelles technologies de séquençage haut-débit de l’ADN et de l’ARN sont désormais applicables à tout échantillon prélevé dans un environnement (sol, eau, air...) ou un compartiment biologique donné (rhizosphère, système digestif, fèces, restes organiques contemporains ou anciens, …), sans un nécessaire isolement préalable des organismes cibles composant l’échantillon. L’approche de génomique environnementale, générant une production massive de données relatives à la diversité taxonomique et fonctionnelle à différentes échelles spatiales et temporelles, modifie en profondeur les stratégies de recherche sur la biodiversité, l’écologie et l’évolution des organismes ainsi que sur la structure, la dynamique et le fonctionnement des écosystèmes.
Ceci s’accompagne de défis à relever pour la bioinformatique : développement d’outils de gestion et de traitement des données afin d’établir une description précise et robuste de l’information biologique, développement de méthodes d’analyse de ces données, permettant de tester des hypothèses en biologie, écologie et évolution, et par extension de modéliser les systèmes biologiques dans un contexte environnement-dépendant.

La bioinformatique est issue de la rencontre de la biologie, des mathématiques et de l'informatique et constitue une nouvelle branche de la biologie, appelée approche in silico. Discipline reconnue depuis les années 1990, elle avait cependant fait son apparition dès 1965 dans le cadre de la phylogénie moléculaire et s'est ensuite développée dans le cadre de l'analyse des séquences. En constante évolution, elle est aujourd’hui au cœur des approches de génomiques et post-génomiques.

La bioinformatique a pour but d'étudier et d'interpréter les informations issues de l'étude du vivant et de permettre une synthèse rationnelle des données disponibles dans le double objectif d'énoncer des hypothèses généralisatrices et de formuler des prédictions à partir d'une approche par modélisation. Loin de n'être qu'une simple utilisation d'outils informatiques appliqués aux différents domaines de la biologie, l'originalité et la force de la bioinformatique s'exprime plus particulièrement dans le développement de nouvelles méthodes d'analyse des données en biologie ainsi que dans l'acquisition de nouvelles connaissances et l'émergence de nouveaux concepts. Sa maîtrise requiert une multiple compétence Biologie-Informatique-Mathématiques-Statistiques.

Les programmes de séquençage systématique de génomes complets conjointement au développement d'approches globales à haut débit (transcriptomique, protéomique,...) ont conduit à la production de grandes masses de données mais aussi à un changement de cadre conceptuel où l'on passe d'une approche analytique à une approche synthétique : la fonction d'une entité biologique résulte de ces relations avec les autres acteurs du système. De fait, devant l'explosion de la production de données ainsi que celle de leur hétérogénéité, l'utilisation de l'informatique, dans le monde notamment de la génétique et de la biologie moléculaire, est devenue incontournable. En effet, les méthodes informatiques, souvent basées sur l'outil statistique, interviennent à de nombreux niveaux, de l'acquisition à l'exploitation des données en passant par le stockage et la diffusion de l'information. Ces différents niveaux forment des domaines bien identifiables mais toutefois reliés entre eux et alliés à la démarche expérimentale, ils ont pour but final et ambitieux de comprendre le vivant.