Jouer pour une cause

Il arrive parfois que des progrès scientifiques surviennent lorsque deux courants de pensée différents se heurtent inconsciemment.

Depuis 2003, Mathieu Blanchette de l’École d’informatique de l’Université McGill étudie comment programmer les ordinateurs afin que ces derniers arrivent à comprendre ce qui contrôle l’expression des gènes. Au fil de ses recherches, il s’est rendu compte que même si l’ordinateur a la capacité de repérer des millions de scénarios de données, il est souvent incapable de déterminer lequel est le meilleur.

« Le principal élément qui permet de distinguer le cerveau humain et l’ordinateur est la notion d’intuition, affirme Mathieu Blanchette. Nous ne pouvons pas expliquer comment le cerveau arrive a si bien fonctionner, en particulier lorsqu’il s’agit de reconnaître un enchaînement de séquences visuelles. »

Jérôme Waldispühl, partenaire de recherche de Mathieu Blanchette et biologiste moléculaire computationnel à l’Université McGill, a longuement songé, alors qu’il enseignait à l’Institute of Technology du Massachusetts, comment le jeu électronique pourrait servir un objectif précis. « Je ne suis pas moi-même joueur, affirme-t-il, mais il m’est arrivé de jouer pour me changer les idées et de me demander comment donner à cette énergie consacrée au jeu une véritable utilité. »

Ainsi est né Phylo.

Depuis novembre 2010, ce jeu en ligne a attiré des joueurs du monde entier qui ont mis à profit leur intuition visuelle pour aider à résoudre l’un des problèmes les plus délicats auquel se heurte la biologie moléculaire moderne : comment arriver à comprendre le génome humain? On peut répondre en partie à cette question en comparant le génome humain à celui des autres espèces par l’entremise d’un procédé appelé « alignement de séquences génomiques ». En effet, lorsque le génome d’une espèce est aligné avec celui d’une autre, on peut voir des correspondances entre elles.

Selon Mathieu Blanchette, toute correspondance dans l’alignement « démontre qu’une partie du génome humain a été bien conservée chez les mammifères et qu’elle a un rôle important à jouer. » Il souligne que la mutation de la séquence d’un génome indique des modifications génétiques liées à une maladie ou à un problème quelconque.

Phylo est un jeu de casse-tête classique semblable à Tetris où il faut déplacer des morceaux afin de les assembler. Le but du jeu est de faire correspondre des sections d’ADN humain horizontales qui ont été alignées au préalable à partir d’algorithmes informatiques. Les gènes qui composent ces sections sont sélectionnés parmi 521 gènes ayant un lien potentiel avec des maladies humaines. Cependant, ces algorithmes ne sont pas exacts et ne permettent de solutionner le problème que partiellement. Grâce à ce jeu, Mathieu Blanchette et Jérôme Waldispühl peuvent cerner et extraire les parties (ou courtes séquences) qui ont été mal alignées par l’ordinateur et demander aux joueurs d’améliorer la séquence. Ils insèrent ensuite les meilleurs alignements générés par les joueurs dans le système d’alignement général d’origine.

Les sections d’ADN ne sont pas exprimées par les symboles chimiques habituels, mais des sections divisées en quatre couleurs différentes. Chaque couleur représente un nucléotide précis qui, combiné à d’autres, forme un segment d’ADN. Ainsi, lorsqu’il y a correspondance de couleur, il y a aussi correspondance génétique. Il est possible de comparer jusqu’à huit espèces en une seule partie.

Plus les couleurs sont alignées, plus le pointage est élevé. En outre, si les joueurs trouvent des liens inédits, ils gagnent davantage de points. Ils peuvent également choisir de jouer avec des séquences associées à des maladies qui les intéressent particulièrement.

Les résultats améliorés sont affichés sur le site Web de l’Université McGill.

Et Phylo a-t-il la cote auprès des joueurs? Depuis son lancement il y a près d’un an et demi, plus de 20 000 joueurs inscrits provenant de plus de 120 pays ont joué environ 600 000 parties.

Les résultats sont prometteurs.

Dans une étude publiée récemment, les chercheurs de l’Université McGill soulignent que les joueurs de Phylo ont permis d’augmenter considérablement la capacité d’analyse de leur ordinateur. Selon Mathieu Blanchette, « dans environ les deux tiers des parties du génome alignées par les joueurs, on a observé une amélioration de la capacité de l’ordinateur à aligner les séquences avec exactitude. » Cette exactitude accrue doit maintenant permettre d’établir un lien direct entre une mutation ou une altération qui engendre des maladies et une séquence génétique commune à diverses espèces. Non seulement le jeu a-t-il permis de créer de meilleurs algorithmes en vue d’améliorer la capacité d’alignement de l’ordinateur, mais il a également démontré un principe fondamental : lorsqu’il est question d’analyser des données, les ordinateurs ne surpassent pas toujours le cerveau humain.

Il y a donc espoir que Phylo puisse aider les chercheurs à trouver le Saint-Graal de la biologie moléculaire. En raffinant toujours davantage l’alignement de segments génétiques semblables entre les espèces, les scientifiques pourront peut-être un jour reconstituer le génome des ancêtres communs à diverses espèces — comme celui du premier chien — et déterminer de quelle manière s’est effectuée leur évolution.

« En bout de ligne, il ne s’agit pas de lancer une compétition entre les humains et les machines, mais plutôt d’unir les forces complémentaires des uns et des autres, » affirme Jérôme Waldispühl. L’intelligence visuelle de l’être humain perçoit des choses qu’un ordinateur qui applique une méthode heuristique ne voit pas, ce qui laisse présager une collaboration algorithmique fructueuse entre les humains et les machines dans l’avenir.