Institut de la santé de Berlin : mettre le calcul intensif au service du monde

Les chercheurs du Centre de santé numérique de L'Institut de la santé de Berlin utilisent la science afin de comprendre la physiopathologie de la COVID-19, pouvant ainsi contribuer au développement de traitements ciblés.

Alors que le monde est confronté à la pandémie de COVID-19, les scientifiques du monde entier intensifient leurs efforts de recherche pour « déchiffrer le code » sur le fonctionnement du virus SRAS-CoV-2 : quels types de cellules attaque-t-il ? Pouvons-nous utiliser ces informations afin d'identifier les patients à haut risque ? Pouvons-nous « désorienter » le virus en utilisant ces connaissances, de sorte qu'il ne puisse pas infecter les cellules avec succès ? Comment le paysage cellulaire et transcriptionnel change-t-il en cas d'infection par le SRAS-CoV-2 ? Comment le système immunitaire de l'hôte réagit-il ?

Deux établissements de recherche collaborent pour trouver les réponses à ces questions : L'Institut de la santé de Berlin et l'hôpital universitaire de la Charité de Berlin. L'Institut de la santé de Berlin collabore avec Intel afin d'optimiser ses ressources informatiques et d'accélérer sa charge de travail analytique.

Le séquençage de cellule unique révèle des cellules vulnérables à être ciblées par le virus

Des précédentes recherches avaient révélé ce qui suit :

  • Le virus SRAS-CoV-2 se fixe à un récepteur spécifique (ACE2) à la surface de la cellule hôte.
  • Au moins un autre cofacteur (TMPRSS2) doit être présent afin que le virus puisse pénétrer dans la cellule.

« Nous voulions savoir quelles cellules spécifiques étaient attaquées par le virus corona », explique le Dr Christian Conrad, employé de L'Institut de la santé de Berlin - Centre pour la santé numérique.

L'Institut de la santé de Berlin étudie le mécanisme d'infection du nouveau virus corona. (Image fournie par Markus Hoffmann/German Primate Center)

Sur la base de ces informations, L'Institut de la santé de Berlin, l'hôpital de la Charité de Berlin et les partenaires de collaboration à Heidelberg ont entrepris d'examiner des échantillons des voies respiratoires inférieures de 16 patients non infectés par le virus. Leur but était de déterminer quels types de cellules dans les poumons et les bronches sont vulnérables à l'infection. Les travaux de L'Institut de la santé de Berlin comprennent le séquençage de cellule unique de près de 60 000 cellules. Tous les types de cellules connus dans les poumons et les bronches de l'homme ont été identifiés. Sur la base de leurs conclusions, les chercheurs ont déterminé le principal type de cellules épithéliales susceptibles d'être ciblées par le virus. Savoir quelles cellules sont attaquées par le virus peut aider d'autres chercheurs à développer des stratégies pour le contrer. Les résultats de cette étude ont été publiés dans The EMBO Journal.

Séquençage de cellule unique des patients COVID-19

Ayant terminé leur première étude sur les cellules pulmonaires et bronchiques non infectées, L'Institut de la santé de Berlin - Centre de santé numérique, en collaboration avec l'hôpital de la Charité de Berlin et l'hôpital universitaire de Leipzig, a examiné des échantillons des voies aériennes supérieures et inférieures de 19 patients infectés par la COVID-19 afin de mieux comprendre la maladie. Les chercheurs ont également étudié les différences au niveau de la cellule unique chez les patients présentant des symptômes modérés par rapport à ceux souffrant de symptômes graves, ou même ceux qui sont décédés. De multiples échantillons prélevés sur le même patient à différents moments ont permis aux chercheurs d'étudier les changements cellulaires et transcriptionnels au cours de la progression de la maladie. Au total, 36 échantillons des voies respiratoires de 24 individus et environ 160 000 cellules uniques ont été étudiés et ont révélé des informations remarquables sur la réponse immunitaire au niveau du site d'infection primaire et sur les mécanismes associés à la gravité de la maladie. Les résultats de cette étude ont été publiés dans Nature Biotechnology.

Accélérer la recherche

Viser à étudier les profils transcriptionnels de milliers de cellules des voies respiratoires de 40 patients était une tâche ardue, et L'Institut de la santé de Berlin s'est tourné vers Intel et Dell pour obtenir de l'aide. Intel a fourni un financement dans le cadre de son initiative technologique de réponse aux pandémies et a aidé à concevoir une architecture de calcul intensif hautement optimisée et adaptée aux charges de travail de séquençage de L'Institut de la santé de Berlin.

En prenant comme point de départ la configuration matérielle de la solution Intel® Select Solution for Genomics Analytics, Intel, Dell et l'intégrateur système System Vertrieb Alexander GmbH (SVA) ont permis de mettre rapidement la solution en production. L'Institut de la santé de Berlin a d'abord effectué une preuve de concept en utilisant huit nœuds de calcul intensif. Par la suite, ils ont pu augmenter de manière rentable le nombre de nœuds de leur cluster de calcul intensif de 40 à 68 nœuds (soit une augmentation de 70 %). Selon L'Institut de la santé de Berlin, le nombre de cellules pouvant être analysées dans une certaine période de temps s'échelonne de manière linéaire avec le nombre de nœuds. En séquençant la cellule unique d'un plus grand nombre de cellules, les chercheurs de L'Institut de la santé de Berlin peuvent accélérer leur exploration de la réponse de l'hôte cellulaire lors de l'infection. Ils peuvent ensuite fournir des informations supplémentaires sur la manière dont le virus pourrait être arrêté ou du moins ralenti.

En séquençant la cellule unique d'un plus grand nombre de cellules, les chercheurs de L'Institut de la santé de Berlin peuvent accélérer leur exploration de la réponse de l'hôte cellulaire lors de l'infection. Ils peuvent ensuite fournir des informations supplémentaires sur la manière dont le virus pourrait être arrêté ou du moins ralenti.

Étapes suivantes

L'Institut de la santé de Berlin - Centre de santé numérique continue d'étudier des échantillons de patients infectés par la COVID-19 afin de mieux comprendre la réponse de l'hôte et la physiopathologie de celle-ci. D'autres recherches porteront sur le profilage de la cellule unique ainsi que sur l'analyse génomique. Ensemble, ces données pourraient à terme conduire à des stratégies supplémentaires pour le traitement des infections par le SRAS-CoV-2. Intel s'engage à soutenir ces efforts alors que les secteurs de l'informatique et de la santé et des sciences de la vie collaborent pour avoir un véritable impact.

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