Des données complexes aux images simples

Mari?lle von Kooten est à l'aise sur scène, c'est évident dès les premières secondes de sa prestation au Falling Walls Lab. Elle semble s?re d'elle et badine avec le public - ce qui correspond aussi au projet qu'elle y présente. La biologiste systémique de l'ETH veut rendre sexy quelque chose qui ne l'est pas du tout : l'analyse d'énormes quantités de données complexes issues de la génétique et de la médecine. Elle veut ainsi aider à améliorer la détection précoce, la prévention et le traitement des maladies.

Pour ce faire, van Kooten a imaginé une application appelée SciSwipe pendant sa thèse de doctorat dans le groupe de recherche de Beat Christen à l'ETH Zurich. Celle-ci transforme des données génétiques complexes en images simples dont même les profanes peuvent faire quelque chose - van Kooten appelle ces images "Swipeable Images". Autrement dit, des images que les utilisateurs peuvent regarder par exemple sur leur smartphone et qu'ils peuvent catégoriser de manière ludique par un mouvement de balayage. Selon la devise : yep ou nep - tout comme sur une application de rencontre.

Van Kooten a présenté son approche le 8 novembre 2019 au Falling Walls Lab à Berlin - un concours international au cours duquel les candidats expliquent leur travail de recherche à un jury d'experts de différents domaines, et ce avec seulement deux diapositives en seulement trois minutes. Avant la finale à Berlin, des éliminatoires ont eu lieu dans 90 endroits du monde, en Suisse lors de la Startup Night à Winterthur. Lors de la finale, 100 jeunes scientifiques de 63 pays étaient en lice. Van Kooten a obtenu la deuxième place.

Représenter simplement les caractéristiques des données

Maintenant, la Néerlandaise de 32 ans est assise à son pupitre dans le laboratoire du H?nggerberg et n'arrive pas encore à croire à son succès. "Je ne sais pas vraiment comment j'ai réussi à convaincre le jury", dit-elle. Mais cela doit avoir un rapport avec la pertinence de son idée. Car comment obtenir des informations utiles et utilisables à partir d'énormes quantités de données médicales est actuellement l'un des défis les plus urgents de la médecine numérique de demain.

Les chercheurs placent de grands espoirs dans l'intelligence artificielle. Celle-ci doit aider à extraire des données des informations utiles pour le dépistage, la prévention et le traitement des maladies. Mais pour qu'un tel algorithme puisse apprendre à déceler les risques de certaines maladies à partir de séquences d'ARN, il doit savoir ce qu'il cherche. Et pour cela, il a d'abord besoin d'une grande quantité de données d'entra?nement qui sont déjà étiquetées - c'est-à-dire des données qui portent une sorte d'étiquette indiquant ce qui est particulier dans certaines séquences. En bref : l'intelligence artificielle a besoin d'un apport humain, et ce en grande quantité.

"C'est pourquoi il y a tant de projets de sciences citoyennes", explique van Kooten, "et c'est pourquoi des entreprises informatiques comme Google ou Amazon proposent un service de labellisation dans lequel leurs collaborateurs catégorisent les données". Mais si l'on veut par exemple catégoriser des données génétiques ou des images de radiographie et d'IRM, cela ne fonctionne plus.

Les règles du patrimoine génétique

C'est précisément là qu'intervient l'application SciSwipe, en traduisant de telles données en images simples. "Ainsi, même les personnes qui n'ont pas de formation en sciences naturelles ou en médecine peuvent associer les données", explique van Kooten. Dans un premier temps, la biologiste systémique a développé, en collaboration avec l'informaticien Anton Pols, un algorithme qui présente les résultats d'un séquen?age moderne de l'ARN sous forme de courbes simples. Ces courbes montrent la répartition de différents morceaux d'ARN et permettent ainsi de voir si, lors du transfert du matériel génétique en ARN ou lors du traitement de l'ARN obtenu, quelque chose de différent s'est produit par rapport à d'autres échantillons de matériel génétique. En effet, de telles modifications peuvent indiquer un risque accru de maladie, par exemple un risque plus élevé de développer un certain type de cancer. Les utilisateurs de l'application SciSwipe n'ont toutefois pas besoin de le savoir - ils peuvent simplement comparer les formes des courbes et marquer les données de cette manière. Ils créent ainsi les conditions pour qu'à l'avenir, un risque de maladie d'origine génétique puisse être détecté à temps chez des centaines de milliers de personnes.

Le projet SciSwipe n'est qu'une petite partie du travail de doctorat de Mari?lle van Kooten, qu'elle poursuit de manière indépendante. Elle étudie principalement la manière dont la lecture de l'ADN et la production de protéines sont régulées dans les cellules. "Le tout est très complexe, car plusieurs niveaux de régulation superposés interagissent", explique van Kooten. Par exemple lors de la transcription de l'ADN en ARN, lors de la régulation de la durée de vie de l'ARN ou lors de la traduction de l'ARN en protéines. L'objectif de Van Kooten est d'apprendre les règles générales selon lesquelles cette régulation fonctionne aussi bien dans les bactéries que dans les cellules végétales et animales. Car "ce n'est qu'en connaissant les règles que l'on peut jouer selon elles", explique la biologiste des systèmes. Il devient alors envisageable de reconstruire des séquences génétiques en laboratoire afin qu'elles fonctionnent exactement comme on le souhaite. Il sera peut-être ainsi possible à l'avenir de développer des éléments d'ADN synthétiques pour de nouveaux systèmes biologiques dotés de propriétés utiles spécialement con?ues.

L'ordre dans la tempête

Actuellement, la biologiste des systèmes de l'ETH est occupée à évaluer ses expériences sur ordinateur. Sa place n'a cependant pas l'air de travailler : La surface devant l'ordinateur est libre, rien ne tra?ne, les quelques cahiers et trousses sont empilés avec soin. La place semble presque aussi stérile que la banquette de laboratoire de von Kooten à c?té. "C'est justement quand il y a beaucoup de travail que j'aime que tout soit bien rangé", dit van Kooten en jetant un regard de c?té sur la place de travail chaotique de son voisin et co-doctorant. Chez van Kooten, il se passe effectivement beaucoup de choses. La journée, elle fait de la recherche pour sa thèse de doctorat, le soir et le week-end, elle travaille sur l'application SciSwipe. De plus, elle est actuellement en train de fonder une entreprise pour SciSwipe avec son collègue Anton Pols.

Reste-t-il du temps pour autre chose, les hobbies par exemple ? "Je n'aime pas du tout cette question sur les hobbies", dit van Kooten. Elle se sent toujours un peu bizarre - parce qu'elle n'en a pas. Autrefois, elle était par exemple active en politique. Ainsi, elle a siégé au conseil municipal de Delft, où elle a étudié pendant un certain temps. Cela lui a plu : "J'ai aimé le sentiment d'apporter une contribution à tous". A part cela, la science la passionne bien plus que la plupart des autres choses. Quand van Kooten a besoin de faire une pause dans ses propres recherches, elle lit des publications dans d'autres domaines. "Il y a tellement de chercheurs qui font des choses extrêmement passionnantes".

Un avenir ouvert d'esprit

L'application SciSwipe, elle la développe en permanence. Elle s'attaque ensuite à la simplification des données d'images, comme les images d'IRM et de tomographie assistée par ordinateur. "Ici, nous devons trouver quelque chose de nouveau pour transformer les images de manière à ce qu'elles puissent aussi être interprétées par des non-spécialistes", explique la biologiste des systèmes. Elle a une idée, mais ne veut encore rien dévoiler de précis. Dès que SciSwipe sera capable de gérer quatre types de données différents, une version bêta de l'application devrait être disponible pour le grand public.

Actuellement, ses différentes activités coexistent, dit Van Kooten, sa thèse de doctorat, le développement de son application et la création de la start-up. Elle n'a pas encore à se décider pour l'une ou l'autre et s'en réjouit. Car pour se fixer dès maintenant sur une direction, elle trouve les différentes possibilités trop passionnantes.