La biologie, l'informatique et l'ingénierie convergent à Schällemätteli

En Suisse, l’idée de l’ETH Zurich de créer un département des biosystèmes à Bâle a longtemps semblé irréalisable.

Aujourd'hui, il trouve sa place dans un nouveau bâtiment où les frontières entre biologie, informatique et ingénierie s'estompent et où les chercheurs se concentrent de plus en plus sur les applications médicales.

Une vue impressionnante attend les premiers visiteurs du nouveau bâtiment BSS.

Immédiatement après l'espace de réception, vous êtes plongé dans un espace étonnamment clair et aéré, un impressionnant atrium inondé de lumière et surmonté d'une verrière transparente.

Au bout de cette immense entrée, un escalier en colimaçon mène aux étages supérieurs.

L'impression est celle d'un nombre infini de lignes de connexion, mais c'est absolument intentionnel : c'est un stratagème délibéré par les architectes pour favoriser la communication et l'interaction entre les groupes de recherche.

En ce moment, le hall est rempli d'étudiants routards, dont certains empruntent le chemin sinueux qui mène au bistro chaleureux.

Les chercheurs qui attendent l’ascenseur s’arrêtent pour discuter brièvement avant de rejoindre leur poste de travail.

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Renato Paro : « Ce bâtiment représente l'aboutissement d'un voyage extraordinaire »

Au centre de l'atrium se trouvent Renato Paro e Sven Panke.

Le premier, aujourd'hui professeur émérite de biologie moléculaire, est toujours visiblement impressionné par le concept architectural.

« Quand j’entre dans le bâtiment du BSS et que je vois tous ces bureaux, laboratoires et plateformes communes de recherche, il me semble que tout le temps et les efforts que nous avons investis dans la création de notre département en valaient vraiment la peine. »Dit-il.

Nommé premier directeur du tout nouveau Centre de science et d'ingénierie des biosystèmes (C-BSSE) en 2006, Renato Paro est ensuite devenu l'un des moteurs de la création du Département de science et d'ingénierie des biosystèmes (D-BSSE) à l'ETH.

« Pour moi cette propriété représente l’aboutissement d’un voyage extraordinaire », il prétend.

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Sven Panke : « À chaque étage, un mélange de groupes de recherche plutôt que de domaines thématiques »

« Dès la conception, notre objectif était de créer un bâtiment dont tous les différents éléments favoriseraient les interactions et les échanges scientifiques.», poursuit Panke.

Cette année, il prendra les rênes du département et hoche souvent la tête lorsqu'il parle, soulignant également comment tous les professeurs présents ont constamment contribué à construire quelque chose de beau sur la base d'un concept original : "Nous avons décidé que chaque étage devrait avoir un mélange de groupes de recherche plutôt que d'être organisés par domaines."

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Biologie expérimentale, informatique théorique et bio-ingénierie en contact étroit

Le département est divisé en trois domaines principaux (biologie expérimentale, biologie computationnelle théorique et bio-ingénierie), et chaque étage du bâtiment abrite un mélange de biologistes expérimentaux, de bioinformaticiens et de bio-ingénieurs, travaillant dans des bureaux et des laboratoires adjacents.

« Nous avons rapidement réalisé que l'un des principaux avantages du D-BSSE était de regrouper ces trois domaines de recherche sous un même toit pour encourager les groupes à communiquer entre eux. Et maintenant que nous sommes tous sous le même toit, c'est encore plus facile de se mélanger et d'interagir. », dit Panke.

« C’est l’interdisciplinarité en action, qui attire des chercheurs du monde entier." .

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Des chercheurs de 42 pays, les cas de Niko Beerenwinkel et Tanja Stadler

D-BSSE emploie actuellement des chercheurs de 42 pays différents.

Le laboratoire de bioprocédés de Sven Panke, par exemple, se situe au même niveau que le groupe dirigé par Niko Beerenwinkel.

Tous deux sont de fervents défenseurs de la mission particulière du département, qui vise à combiner la recherche fondamentale en sciences de la vie avec une approche mathématique et informatique, tout en intégrant une composante technologique et d'ingénierie.

Panke se spécialise dans les techniques de miniaturisation pour l’ingénierie des bioprocédés, qui peuvent être utilisées pour découvrir et contrôler synthétiquement des variantes cellulaires améliorées.

Beerenwinkel, quant à lui, combine les mathématiques, l’informatique et l’intelligence artificielle avec la biologie et la médecine.

Les applications de ses méthodes informatiques incluent la capacité de caractériser et de décrire les maladies virales au niveau moléculaire.

Ses modèles se sont révélés être un outil très utile pendant la pandémie de coronavirus.

Avec Tanja Stadler, professeur d'évolution informatique au D-BSSE et présidente du Groupe consultatif scientifique suisse pour le COVID-19, il a joué un rôle important dans les efforts visant à identifier de nouvelles variantes du virus et à suivre leur évolution et leur propagation.

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Cellules, organoïdes et micro-organismes aux propriétés introuvables dans la nature

Les travaux des chercheurs du D-BSSE reposent sur les fondements de la biologie des systèmes.

Son objectif est de générer une compréhension holistique du fonctionnement des cellules, des organes et des organismes ainsi que des processus temporels et biochimiques qui les maintiennent en vie.

Pour l’étudier, les chercheurs utilisent généralement de vastes ensembles de données, générés par des technologies à haut débit telles que les séquenceurs d’ADN, ainsi que des modèles mathématiques et des simulations informatiques.

La biologie des systèmes joue également un rôle important dans le deuxième axe de recherche du D-BSSE.

Il s’agit de la biologie synthétique dont l’objectif principal est de produire des cellules, des organoïdes et des micro-organismes dotés de nouvelles propriétés introuvables dans la nature, dont beaucoup offrent des avantages médicaux potentiels.

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Les pistes : vaccins et anticorps pour l’immunologie synthétique et les technologies de laboratoire sur puce

Les travaux du D-BSSE en bioingénierie, qui utilisent l'ADN pour réguler les cellules et les organismes, ont un objectif tout aussi pratique.

Les résultats concrets de cette recherche comprennent des vaccins et des anticorps pour l'immunologie synthétique, ainsi que des implants cellulaires qui peuvent aider à lutter contre les troubles métaboliques et des plates-formes miniaturisées telles que les technologies de laboratoire sur puce.

«La bio-ingénierie et la science des données informatiques sont deux des domaines de travail pionniers de notre département bâlois.», explique Panke, qui fait partie du Département de science et d'ingénierie des biosystèmes depuis 2009.

« Il est logique que nous montrions également à nos étudiants les avantages de la combinaison de ces deux éléments. »

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Une idée de l’ETH a germé en 2000 malgré le scepticisme de la presse zurichoise

L’idée de créer un institut de recherche en biosciences à l’ETH Bâle a commencé à germer en 2000.

Avec le recul, il est clair à quel point cette vision était audacieuse.

Tout aussi judicieuse a été la décision de l'ETH Zurich de transformer la D-BSSE en un département distinct à Bâle en 2007 et de lui assurer un financement sûr à long terme.

Naturellement, l'évolution du Département de science et d'ingénierie des biosystèmes n'a pas toujours été facile : en 2003, par exemple, la Neue Zürcher Zeitung rapportait dans certains articles que le projet de création d'un avant-poste de l'ETH dans la ville rhénane était rencontrant des difficultés.

Le journal s'étonne du projet de l'ETH Zurich de créer à Bâle un département de bioingénierie ou d'ingénierie biomédicale à part entière : « Une idée aussi grandiose semble presque irréalisable. »

Mais le scepticisme des journalistes s'est révélé infondé.

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Du site Rosental au bâtiment BSS de l'actuel Campus des Sciences de la Vie

La phase suivante du développement du D-BSSE a eu lieu avec le déménagement du site de Rosental vers le bâtiment BSS sur le campus des sciences de la vie de Schällemätteli.

À mesure que la biologie des systèmes et la biologie synthétique gagnent du terrain et que les connaissances dans ces domaines continuent de progresser, l’accent est de plus en plus mis sur la traduction des résultats de la recherche fondamentale en applications médicales.

« Aujourd’hui, la biologie des systèmes possède souvent une compréhension si approfondie du fonctionnement d’une cellule qu’elle peut fournir la plupart des informations nécessaires au contrôle des processus clés au sein de la cellule. », explique Paro.

« Grâce à cette expertise, les biologistes synthétiques peuvent reprogrammer une cellule pour qu’elle effectue une nouvelle tâche. À l’avenir, ces cellules reprogrammées pourraient être utilisées à des fins thérapeutiques. »

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Le succès de la recherche translationnelle dans les cadres de bonnes pratiques de fabrication

Mais ces cellules ne peuvent être utilisées chez les patients que si elles sont produites dans le respect des normes pharmacologiques les plus strictes.

Avant le déménagement, le D-BSSE ne disposait pas de l'infrastructure nécessaire à cet effet, mais le nouveau bâtiment du BSS est équipé d'une installation GMP, c'est-à-dire Good Manufacturing Practice.

« Cela signifie que nous pouvons désormais passer à la phase translationnelle de nos recherches », dit Paro.

"En travaillant dans des conditions GMP, nous pouvons améliorer les cellules reprogrammées et les purifier afin qu'elles puissent être utilisées dans des essais cliniques."

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Traitement médical avec l'aide de l'Université et de l'Hôpital universitaire de Bâle

La nouvelle structure GMP ou Good Manufacturing Practice est gérée par l'ETH Zurich en collaboration avec l'Université de Bâle et l'Hôpital universitaire de Bâle.

Il offre aux chercheurs un environnement rigoureusement contrôlé pour produire des produits de thérapie génique, cellulaire et tissulaire qui répondent aux exigences réglementaires des essais cliniques sur l'homme.

Cette évolution vers la recherche translationnelle a également été facilitée par le nouveau site du D-BSSE sur le campus des sciences de la vie de Schällemätteli, situé à proximité immédiate de l'hôpital universitaire de Bâle, de l'hôpital universitaire pour enfants de Bâle et du Biozentrum de l'université de Bâle. Bâle.

Le Département de biomédecine de l'Université de Bâle et le Centre de recherche sur la santé infantile de la ville rhénane prévoient également de construire de nouveaux locaux à proximité.

Cette proximité devrait encore accélérer la traduction de la recherche biologique en applications médicales.

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