S’orienter pour contribuer à la science liée à la COVID-19

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Ian Lewis a toujours travaillé au développement de meilleures méthodes pour diagnostiquer les maladies infectieuses. Dans ses travaux, il se sert toujours des traits microbiens et biochimiques afin de déterminer si les gens vivent ou meurent de maladies infectieuses et dans le cas de la COVID-19, il a rencontré un adversaire de taille. Dans le cadre de l’effort mondial pour combattre le virus, il met au point un test à base de protéines efficient et efficace pour la COVID-19. Ian Lewis et son équipe s’y prennent en utilisant le calcul de haute performance.

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Ian Lewis, professeur adjoint et titulaire de la Chaire de recherche de l’Alberta Innovates Translational Health du Département des sciences biologiques de la Faculté de science de l’Université de Calgary, essaie, en se servant d’une technologie émergente appelée spectrométrie de masse, de détecter l’unique composition protéique du virus de la COVID-19 directement à partir des échantillons des patients. Cette approche est rapide et efficace, mais génère des quantités volumineuses de données complexes. Afin de comprendre ces données, le professeur Lewis et les membres de son équipe — ainsi qu’avec l’aide de Sergei Noskov, professeur et chef agrégé de recherche du Département des sciences biologiques de l’Université de Calgary — développent les outils informatiques qui leur permettraient de convertir ces fichiers bruts compliqués de spectrométrie de masse issus d’échantillons multiples en informations pouvant être automatiquement interprétées pour détecter les fragments peptidiques particuliers du virus.

« Ceci constitue une énorme tâche computationnelle et nous l’effectuons en partenariat avec Génome Canada et Calcul Canada », affirme-t-il.

Pour y arriver, un innovant pipeline informatique a été créé qui traite automatiquement les données protéomiques de spectrométrie de masse. Cet outil est hébergé sur un portail public qui est accessible à partir du site Web de l’équipe (https://proteomics.resistancedb.org/) qui permet de téléverser les fichiers de spectrométrie de masse de partout dans le monde et de les interpréter automatiquement.

« Et ça, c’est pas mal impressionnant, avoue-t-il. Cet outil vous permettra de téléverser vos fichiers de spectrométrie de masse et il les convertira en données protéomiques qualitatives de protéomes humains ou de COVID-19. C’est, en fait, la première étape d’automatisation de nos efforts de surveillance épidémiologique de la COVID-19 à l’aide de la plateforme de spectrométrie de masse. »

Une fois que les algorithmes et la science ont été mis au point, WestGrid et Calcul Canada ont concrétisé l’outil en aidant à son déploiement. Les organisations ont aussi facilité son hébergement et son accès utilisateur. Ikenna Okpala, le développeur principal chez WestGrid, et le personnel de Calcul Canada ont travaillé en étroite collaboration avec l’équipe de Noskov et de Lewis ainsi qu’avec les ressources et le personnel des Services de calcul informatique de l’Université de Calgary. Le projet a été rendu possible grâce au financement d’Alberta Innovates, de Génome Canada, de l’Université de Calgary et de Calcul Canada.

« Nous croyions pouvoir optimiser et adapter la même infrastructure sur laquelle nous avions travaillé dans le passé », a affirmé Ian Lewis. Le groupe de Sergei Noskov et l’équipe de Calcul Canada ont réagi très promptement dans le but de transformer cette technologie rapidement, d’une application microbienne à une application basée sur un virus. »

Des travaux antérieures de l’équipe, aussi financés par le concours du Projet de recherche appliquée à grande échelle de Génome Canada — dans le cadre duquel des pipelines de traitement de données semblables ont été créés pour permettre d’identifier les infections causées par les bactéries et les champignons — ont posé les fondements de cette nouvelle approche de dépistage de la COVID-19.

« Les sérieux problèmes de chaîne d’approvisionnement étaient une de nos principales préoccupations. Il était difficile d’avoir accès aux réactifs basiques qui sont requis pour effectuer les tests diagnostiques de la COVID-19 », a déclaré Ian Lewis.

Jusqu’ici, les approches de dépistage de la COVID-19 s’étaient servies de réactifs essentiels qui étaient disponibles en quantité insuffisante et la province de l’Alberta commençait à en manquer et tentait de se réapprovisionner auprès de fournisseurs non traditionnels.

« Nous avons pensé : “Sacrebleu, nous possédons une plateforme de spectrométrie de masse qui peut accomplir le même genre de choses et qui n’utilise pas la même sorte de réactifs”, a-t-il affirmé. Ce pourrait être une grande victoire pour les Canadiens si nous pouvions trouver un moyen d’optimiser cette technologie afin de fournir une autre stratégie de dépistage au cas où nous aurions d’autres problèmes de chaîne d’approvisionnement plus tard. »

Si les chercheurs Ian Lewis et Sergei Noskov de l’Université de Calgary parviennent à réussir, leur nouvelle approche relative aux tests et aux outils de traitement des données de pointe qu’ils ont mis au point avec Calcul Canada permettra de créer une plateforme de diagnostic à haut débit qui traitera jusqu’à mille tests de dépistage de la COVID-19 par jour à l’aide d’un seul instrument.

« Nous avons réalisé d’excellents progrès, a avoué Ian Lewis. Il nous reste toujours beaucoup à accomplir, mais nous aurons des choses très excitantes à annoncer très bientôt. »

Créer des laboratoires plus sûrs

Entre-temps, Ian Lewis et ses collègues contribuent aussi à l’amélioration de la capacité de recherche du Canada en créant des conditions plus sécuritaires dans les laboratoires pour les chercheurs qui travaillent avec les virus.

« Nous mettons au point un appareil de confinement des virus qui permet aux techniciens de laboratoire de manipuler le virus en toute sécurité et qui peut mesurer les impacts de différents médicaments sur l’activité virale. Ceci permet aux individus d’effectuer des criblages afin de trouver de nouveaux composés antiviraux », a-t-il expliqué.

À l’heure actuelle, tout laboratoire doit détenir une désignation de niveau de biosécurité 3 pour concentrer et amplifier le virus de la COVID-19, mais il n’y a que quelques laboratoires au Canada qui ont cette certification. L’équipe du professeur Lewis espère que son appareil changera cette exigence parce qu’il emprisonne efficacement les échantillons du virus dans une chambre scellée plus froide, lui permettant de croître de façon à ne pas exposer les scientifiques. Ceci permettrait à une centaine d’autres chercheurs et de petites entreprises des quatre coins du Canada d’effectuer des activités de criblage de médicaments pour la COVID-19 qui sont un besoin urgent.

Un avantage entrepreneurial et un solide partenariat

Ian Lewis participe à l’Alberta Precision Exchange (APEX), un programme qui met en contact les scientifiques de l’Université de Calgary avec les partenaires de l’industrie et les ressources de recherche et développement comme Calcul Canada. Une des plus récentes réussites d’APEX consiste en un autre projet lié à la COVID qui est réalisé en conjonction avec Amir Sanati-Nezhad, professeur adjoint de génie mécanique à la Schulich School of Engineering. Amir Sanati-Nezhad s’est rendu compte que les besoins en ce qui concerne les tests durant la pandémie ont dépassé de beaucoup l’offre mondiale en écouvillons nasopharyngés dont on se sert pour recueillir les échantillons auprès des patients soupçonnés d’avoir la COVID-19. En utilisant les ressources d’APEX, Amir Sanati-Nezhad et Ian Lewis ont décidé de s’allier pour produire localement ce matériel et le fournir aux centres de tests diagnostiques du sud de l’Alberta. L’équipe d’Ian Lewis s’est servie des installations d’impression 3D de pointe de son laboratoire pour concevoir et produire un prototype d’écouvillon.

« Amir Sanati-Nezhad vient tout juste de lancer une nouvelle entreprise qui produit des écouvillons approuvés par Santé Canada pour appuyer les tests de dépistage — elle s’appelle Shapetry, a-t-il affirmé. Je suis fier d’avoir contribué quelque peu à cette initiative et je suis heureux que l’infrastructure d’APEX ait permis la réalisation de cet important projet.

Tout ce qui arrive dans notre groupe implique la transformation de bactéries ou de virus en électrons, puis leur utilisation en calcul pour trouver un test diagnostique, explique Lewis. Calcul Canada joue un rôle primordial dans cette interface entre électrons et la connaissance. Cette organisation nous permet d’héberger et de traiter les données et de transformer ces infos en résultats exploitables. C’est un aspect tout à fait essentiel de cette vision. »

Ian Lewis avoue qu’aucun de ces projets n’aurait vu le jour sans les ressources de Calcul Canada.

« Ils offrent des capacités de stockage et de traitement des données et, surtout, ils fournissent désormais la plateforme qui nous permet de porter à l’échelle nationale notre technologie et de l’offrir dans tout le pays. Ceci fait partie intégrante de la vision tournée vers l’avenir qui confère à Calcul Canada une si grande importance. »

Sergei Noskov est d’accord : « Nous avons sans aucun doute besoin d’une grande capacité de calcul. Calcul Canada met à notre disposition l’infonuagique et des nœuds de calcul dotés de mémoire importante, ce qui est la pierre angulaire de leur déploiement à l’échelle internationale. Calcul Canada et WestGrid nous ont aussi fourni les ressources humaines possédant l’expertise TI qui sont difficiles à trouver dans le milieu universitaire. »

Le travail d’Okpala sur le projet, à travers son rôle de développeur chez WestGrid, illustre parfaitement cette expertise, si importante. Il a travaillé en étroite collaboration avec l’équipe de recherche, en supervisant la mise en œuvre technique de l’architecture Web du portail, et en assurant la gestion et la maintenance des ensembles de spectrométrie de masse. Encore plus récemment, il a contribué aux recherches pour mettre en lumière le travail de l’équipe dans ce domaine.

« Ce fut un projet intéressant et stimulant. Je suis fier d’avoir soutenu cette recherche, si essentielle », a déclaré M. Okpala.

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