Quelles prédictions de la "biologie théorique" ?

[invite4f80dcbf]

Bonjour,

La physique théorique a permis nombre de prédictions ensuite testées expérimentalement, dont deux exemples récents largement médiatisés ont porté sur le boson de Higgs et les ondes gravitationnelles d'Einstein.

Qu'en est-il de la biologie ? qu'il s'agisse de génétique, de neurosciences..., sa/leur branche théorique a-t-elle donné (donne-t-elle) lieu à des prédictions ayant guidé (guidant) l'expérimentation ?

Il me semble que non, hélas ! Comme si dans le schéma de maturité d'une science que je me figure en
1) expérimentation ("recueil d'informations")
2) théorisation (constitution d'un socle conceptuel depuis le "recueil d'informations" puis prédictions depuis)
3) navette expérimentation (test des prédictions) - théorisation (mise à jour du socle conceptuel et des prédictions)
la biologie contemporaine en était au tout premier stade.

Qu'en pensez-vous ?
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[Amanuensis]

Qu'il est simpliste de prendre la physique comme modèle de toute science.

[mh34]

Qu'en est-il de la biologie ? qu'il s'agisse de génétique, de neurosciences..., sa/leur branche théorique a-t-elle donné (donne-t-elle) lieu à des prédictions ayant guidé (guidant) l'expérimentation ?

Il n'y a pas à ma connaissance l'équivalent en biologie de ce qu'est la physique théorique. Les biologistes n'ont jamais fonctionné qu'avec un papier et un crayon, et même maintenant, on ne trouve pas ce genre de choses par exemple dans ce labo .

[invite6f9dc52a]

Ceci dit, des prédictions qui guident l'expérimentation, ce n'est pas ce qui manque. En pharmacologie, par exemple.

[A voir en vidéo sur Futura]

[mh34]

Oui mais c'est parce qu'on a déjà des observations antérieures, non?

[invite9dc7b526]

Certains biologistes ont déploré le fait que la recherche en biologie soit si peu guidée par la théorie. Notamment Brian Maurer dans son livre "Untangling Ecological Complexity" (dont je recommande la lecture à ceux qui s'intéressent à l'écologie ou la "biologie intégrative" comme on dit).

[invite6f9dc52a]

Oui mais c'est parce qu'on a déjà des observations antérieures, non?

En fait je pensais aux recherches fondées sur un effet théorique particulier, pour les anti-cancéreux ou l'utilisation de certains AC, par exemple (tiens, du 100% théorique: utiliser un isomère).
Il est sur que les prédictions restent plus des prédictions qu'un futur résultat...

[Geb]

Bonsoir,

Pour répondre "simplement" à cette discussion, je suggère de parcourir les résumer des articles du Journal of Theoretical Biology.

Il y a par exemple quelques articles dans lesquels les chercheurs se livrent à des simulations numériques pour expliquer certains processus biologiques, à différents niveaux (aussi bien au niveau intracellulaire qu'au niveau de l'écosystème).

Il y a aussi pas mal d'articles sur la phase d'évolution chimique, avant l'apparition de la vie, notamment sur les processus chimiques et thermodynamiques d'auto-organisation (publications qui font probablement la part belle aux simulations informatiques et aux mathématiques).

Cordialement.

[saint.112]

Il me semble qu'en biologie le problème est que n'importe quel phénomène fait intervenir un si grand nombre de paramètres, se passe en général à un niveau moléculaire tellement fin et tellement complexe et est tellement dépendant des conditions initiales que l'on n'a pas (ou pas encore) les moyens de les déterminer avec assez de précision et de savoir exactement ce qui se passe. Pour une grande part on a affaire à une boite noire.
Par exemple, je fais partie, ou plutôt mon ordi fait partie, du programme Folding@home, de l'université de Stanford dont l'objectif, comme son nom l'indique, est l'étude du Repliement des protéines. Il s'agit d'établir non seulement l'état replié final mais aussi le processus du repliement. Chaque protéine demande des heures de calcul numérique car c'est un processus quantique tellement complexe avec un si grand nombre d'atomes qu'il n'y a pas d'équation permettant de résoudre le problème analytiquement. Plus la protéine est longue plus c'est long et difficile bien entendu. Le logiciel utilise des algorithmes Monte Carlo pour finir par itérations par tomber sur la bonne solution.
Or le repliement correct des protéines est d'une importance capitale pour leur bon fonctionnement. Il y a donc des dizaines de milliers d'ordi dans le monde qui à leurs moments perdus moulinent protéine après protéine pour faire avancer la science et si possible la médecine.
Voilà donc typiquement un problème où il n'est pas possible de faire de prédictions, sachant par dessus le marché que n'importe quel processus biologique peut faire intervenir des milliers de protéines.

Nico

[Geb]

Si je devais définir la biologie théorique en me fondant, non pas sur ce qu’est la physique théorique, comme semblait le suggérer l’initiateur de cette discussion, mais plutôt sur la méthode générale utilisée dans les publications du Journal of Theoretical Biology, je dirais que c’est une science qui se propose d’utiliser les maths et les simulations informatiques ou numériques pour étudier dans quelles mesures ces outils peuvent produire une explication du comportement, ou une approximation de la réalité observationnelle en biologie en fonction du ou des paramètres à étudier (que le sujet d’étude soit une protéine, un organite, une cellule, un tissu, un organe, un métazoaire ou un écosystème entier). Mais je peux me tromper.

Cela dit, la biologie théorique existe belle et bien, même si elle est très différente de l’idée exprimée dans le premier message de cette discussion. Elle produit des modèles qui sont constamment testés et améliorés, même si j’ignore si folding@home rentre véritablement dans le cadre de la biologie théorique telle que j’ai essayé de la définir ci-dessus.

Cordialement.

[saint.112]

Mon intervention ne portait pas sur le caractère théorique de la biologie mais sur sa capacité prédictive.
Je ne voudrais pas trop m'avancer mais Folding@home ne fait pas de la recherche théorique à proprement parler ou pas directement. L'objectif est d'établir un catalogue des protéines avec leur mode de repliement pour les futures recherches. Je dirais que c'est comme faire de l'astronomie de position. Les tables de Tycho Brahe ont permis à Kepler de faire les découvertes que l'on sait.

Nico

[Geb]

Bonjour,

J'étais en train de relire le célèbre article du Prix Nobel de médecine Joshua Lederberg (1925-2008) dans Science (Lederberg, 1960), lorsque j'ai réalisé qu'il y avait justement dans cet article des idées intéressantes par rapport à la question posée dans ce fil de discussion :

[...] The dynamics of celestial bodies, as observed from the earth, is the richest inspiration for the generalization of our concepts of mass and energy throughout the universe. The spectra of the stars likewise testify to the universality of our concepts in chemistry. But biology has lacked tools for such extension, and “life” until now has meant only terrestrial life. This disparity in the domains of the physical versus the biological sciences attenuates most of our efforts to construct a theoretical biology as a cognate of theoretical physics or chemistry. For the most part, biological science has been the rationalization of particular facts, and we have had all too limited a basis for the construction and testing of meaningful axioms to support a theory of life. At present, perhaps the only potentially universal principle in biology is the Darwinian concept of evolution through the natural selection of random hereditary fluctuations.
Some chemical attributes of terrestrial life might support a claim to be basic principles: for example, polyphosphates (adenylpyrophosphate) occur in all organisms as coupling agents for the storage and transfer of metabolic energy. But, at least in principle, we can imagine that organisms may have found alternative solutions to the same problem. Only the perspective of comparative biology on a cosmic scale could tell whether this device is an indispensable element of all life or a particular attribute of its local occurrence on this planet.

D'après Lederberg, parmi les autres "axiomes" d'une "biologie théorique" que d'autres exemples de vie ailleurs que sur la Terre (qu'il appelle des "exobiotes") pourraient permettre de tester, il y a aussi :

[...] nucleic acids underlie both heredity and (through their control of protein synthesis) development. Are they the only linear polymers which can subsume these functions, or have many other fundamental types evolved, to be found on other celestial bodies? [...] we would ask whether exobiota make analogous use of proteins, comprising the same amino acids, in hopes of understanding what seem to be random choices in the sculpture of our own living form.

Cordialement.