Dans ce nouvel article concernant notre nouveau projet Gros calcul Épisode de podcast, Gabriel Broner accueille Mark Borodkin, COO de Bionano Genomics, pour discuter de la manière dont la génomique et le HPC permettent aux médecins et aux chercheurs de diagnostiquer des maladies complexes et de prescrire des traitements personnalisés uniques basés sur des variations individuelles de l'ADN.

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Aperçu et commentaires clés
Les progrès de la génomique et du calcul haute performance permettent une nouvelle forme de médecine. Les variations de l'ADN indiquent le type de maladie affectant un patient et indiquent également le meilleur traitement possible. Traditionnellement, les traitements étaient prescrits en fonction du type de maladie, comme le « cancer du poumon », mais seule une fraction des patients réagirait positivement. Les variations de l’ADN permettent aux médecins de comprendre le type particulier de cancer et le meilleur plan d’action pour le traitement, alors que j’évolue vers une nouvelle forme de médecine personnalisée.
Que sont les maladies complexes ?
"Je regroupe les maladies complexes en deux types distincts de maladies : l'une concerne les maladies rares qui surviennent chez un petit pourcentage de la population (alors qu'aux États-Unis seulement, 25 millions de personnes vivent avec ces maladies). L'autre domaine est le cancer, où chaque patient possède une signature unique qui détermine la façon dont le cancer progresse et quel doit être le traitement.
Comment l’ADN change-t-il avec une maladie ?
« Notre ADN code qui nous sommes. Ce génome est constamment modifié. La majorité de ces changements ne causent aucun dommage et ce sont de simples « fautes d’orthographe ». Cependant, si ces variations suppriment un gène, cette fonction sera alors manquante. Parfois, notre corps est capable de compenser, tandis que d'autres fois, notre corps ne peut pas compenser et dans ce cas, par exemple, une dystrophie musculaire peut être mortelle. Certaines variations sont très éloignées les unes des autres, mais elles peuvent être fusionnées pour créer une nouvelle protéine susceptible de nuire, ce qui est le cas d’une leucémie appelée CML.
Comment détecter les variations pour améliorer les diagnostics ?
« Nous détectons de grandes variations dans l’ADN depuis de nombreuses années. Vous pouvez observer les chromosomes au microscope. Des techniques plus modernes incluent le séquençage de l'ADN qui permet de trouver de petites variations. Plus récemment, mon entreprise a introduit la cartographie optique. Nous prélevons de très longs fragments d'ADN provenant du sang ou des tissus humains, nous les préparons avec des produits chimiques de marquage et nous les alimentons à travers 100,000 XNUMX nanocanaux. En comparant avec un individu sain on retrouve des variations structurelles. Les médecins peuvent rechercher des variations déjà découvertes pour le diagnostic. Les chercheurs utilisent la cartographie optique pour trouver de nouvelles variations et de nouveaux marqueurs permettant de développer de nouveaux médicaments ou de nouvelles thérapies.
Comment pouvons-nous améliorer les traitements basés sur les informations ADN ?
« Regardez le cancer. Nous disons qu’une personne a un type particulier de cancer en disant qu’elle a un cancer du poumon. Il existe des traitements prescrits pour le cancer du poumon. Il y a des gens qui réagissent bien et d’autres très mal. Alors pourquoi ? Les chercheurs en cancérologie se sont rendu compte que chacun de ces cancers avait une signature différente qui les faisait progresser différemment et répondre différemment au traitement. Le but de cette nouvelle méthode de thérapie est de prescrire une thérapie qui est juste pour vous.
Comment les solutions que vous avez développées sont-elles utilisées aujourd’hui ?  
« Nous sommes actuellement utilisés pour des études cliniques appliquées à des patients atteints de leucémie et de dystrophies musculaires dans le monde entier. Les chercheurs cherchent à remplacer les soins standard par quelque chose de moins cher, plus rapide et offrant une résolution plus élevée. Dans certaines de ces études, ils cherchent à identifier de nouveaux biomarqueurs. Lorsqu'un patient semble souffrir d'une maladie rare d'après des tests cliniques, la précision du diagnostic est aujourd'hui de 30 à 50 %. Trouver ces biomarqueurs est le précurseur d’une nouvelle thérapie”
Pouvez-vous parler de votre choix d’utiliser le HPC dans le Cloud pour l’analyse de l’ADN ?
« Nous avons réalisé que nous dépassions la loi de Moore dans notre capacité à générer des données sur les patients, à obtenir plus rapidement la génomique des patients et à examiner des événements plus complexes dans l'ADN. Nous avions besoin de plus de calcul. Nous avons considéré le HPC dans le cloud comme le meilleur moyen d'évoluer pour ce que nous faisons aujourd'hui et à l'avenir, car il nous permet d'évoluer rapidement. Nous avons choisi d'avoir une solution HPC intégrée dans le cloud, ce qui nous permet, dès que nous extrayons les données de nos instruments, de les transférer vers le cloud. Notre pipeline bioinformatique réside dans le cloud et nous sommes capables de gérer un grand nombre de clients en même temps. Notre transition vers le cloud a été rendue possible par les capacités uniques dont dispose Rescale.
« C’est l’une des choses que nous avons réalisé assez tôt lors de nos recherches sur le cloud. C’est que nous voulions offrir à nos chercheurs et cliniciens une solution simple à utiliser. Une option était de le faire nous-mêmes : placer notre pipeline dans un conteneur dans AWS, rédiger des notes d'application et laisser nos utilisateurs s'y mettre. Ce que nous avons réalisé très rapidement, c'est que nos clients seraient très découragés par cela, car notre travail consiste à trouver des informations pertinentes sur les patients. Nous avons donc décidé d'abstraire le HPC dans le cloud via Rescale et notre logiciel. Tout ce que nos clients doivent savoir, c'est que la solution offre la sécurité et les performances dont ils ont besoin, et qu'ils n'ont pas besoin d'apprendre le nouveau jargon du cloud.
Pouvons-nous imaginer un avenir dans lequel nous effectuerions régulièrement des tests ADN dans le cabinet du médecin ?
« Cet avenir viendra. Certains des défis sont liés à la technologie. Mais au-delà de cela, il existe des défis bien plus importants, notamment celui de disposer de conseillers en génétique capables de transmettre les informations trouvées dans votre génome dans le contexte approprié. Parfois, nous pouvons dire que vous souffrez de ce type de maladie, mais le plus souvent, il s'agit d'une probabilité que vous contractiez une maladie. Ce sont des conseillers en génétique qui tentent de transmettre ces probabilités de manière significative, et nous aurons une pénurie de conseillers en génétique. Nous commençons à comprendre ce que ces outils génomiques peuvent faire.

Marc Borodkine
Mark Borodkin est directeur de l'exploitation chez Bionano Genomics, une société de génomique axée sur le diagnostic de maladies complexes. Mark a 20 ans d'expérience dans le développement de systèmes pour les industries des sciences de la vie et des dispositifs médicaux.

Gabriel Broner
Gabriel Broner est vice-président et directeur général du HPC chez Rescale. Avant de rejoindre Rescale en juillet 2017, Gabriel a passé 25 ans dans l'industrie en tant qu'architecte de système d'exploitation chez Cray, directeur général chez Microsoft, responsable de l'innovation chez Ericsson et vice-président et directeur général du HPC chez SGI/HPE.