Des élevages laitiers au métabolisme humain, chacun son jumeau

Publié le 22 mai 2024 par Kim Janiec

Depuis 2021, l’Inrae se penche sur la question du jumeau numérique et de sa transposition au domaine du vivant. L’utilisation même du terme « jumeau » dans ce domaine fait débat, mais cette technologie représente un nouveau cadre de recherche.

Dans le domaine du vivant, le concept de jumeau numérique pourrait aider à développer de futures études interdisciplinaires sur un objet ou un système d’intérêt afin de le connaître plus précisément avec un objectif opérationnel. Un groupe de réflexion travaille donc sur le sujet. Le métaprogramme Digit-Bio finance différents projets et aide l’Inrae à déterminer les possibilités offertes par cette technologie, notamment pour l’accès à des connaissances manquantes, ou coûteuses à acquérir.

Pour le déploiement de jumeaux numériques des recherches précises visent à identifier les données, les méthodes et les technologies nécessaires afin d’assurer leurs mises à jour et à développer les interfaces homme-modèle, à explorer et à visualiser l’espace des prédictions. Les défis méthodologiques sont multiples et ambitionnent d’adapter au concept de digital twin l’exploration par la simulation du comportement des systèmes modélisés, de mettre en place des stratégies de rétroaction, d’anticiper des perturbations de système.

À ce jour, deux projets démarrent. L’un pour explorer les effets de contaminants alimentaires sur le métabolisme hépatique et l’autre pour l’aide à la décision sur un élevage de vaches laitières à l’aide d’un atelier virtuel.

Appréhender les maladies en fonction du régime alimentaire

Le premier, baptisé HepatO'twin, permettrait de mieux appréhender le risque chez l’Homme de développer des maladies métaboliques en fonction du régime alimentaire et de l’exposition à ces contaminants. Ces derniers sont des produits chimiques retrouvés dans l’environnement comme les bisphénols, les pesticides, les phtalates, les métaux et les composés perfluorés. Ils sont suspectés d’être à l’origine de modulations métaboliques et de troubles. Ce sont des perturbateurs potentiellement responsables de pathologies telles que le diabète et l’obésité. Cette exposition additionnée à un régime nutritionnel déséquilibré provoque des interactions mal comprises et difficiles à étudier. C’est ainsi que le jumeau numérique prend sens afin d’explorer le caractère multifactoriel du phénomène et l’apparition des effets adverses sur une longue temporalité. Soit, plus précisément, les effets des deux facteurs cumulés sur les risques de développer des maladies métaboliques. Pour y parvenir, l’outil va combiner une production de données métabolomiques en continu, à l’aide de procédé in vitro, la modélisation du métabolisme hépatique et une rétroaction sur les conditions environnementales du système. Ce processus devrait lever les limites actuelles des expériences in vitro.

Aider les éleveurs

Quant au projet inSilicow, il vient tenter d’apporter une réponse à la complexité des élevages laitiers, notamment en vue de l’évolution des marchés, du climat, des paysages et des attentes sociétales. Il s’agit donc de la création d’un outil de simulation qui prendrait en compte les différents facteurs de performances d'une exploitation laitière, à savoir : les pratiques de gestion (alimentation, mode d’élevage, sélection génétique), les performances individuelles des animaux et des effets de l’environnement. L’atelier virtuel permettra de tester différentes stratégies de gestion et pourrait être une aide à la décision pour pousser l’élevage à atteindre de meilleures performances économiques, sociales et environnementales. Le jumeau numérique devrait intégrer plusieurs couches de la représentation conceptuelle de la physiologie d’une vache, à une architecture informatique permettant de gérer des modèles individuels dans un troupeau virtuel. Les questions de santé et de bien-être animal pourraient être aussi envisagées au travers de cette solution. Les jeux de données à l’échelle du troupeau seront fournis par des fermes expérimentales d'Inrae et des partenaires internationaux.