Un atrium pour des idées audacieuses

Renato Paro et Sven Panke se tiennent au milieu de l'atrium. Paro est visiblement enchanté : "Lorsque je me promène dans le bâtiment BSS et que je regarde les bureaux, les laboratoires et les plateformes, je sens que tout le travail que nous avons investi dans la construction de notre département depuis ses débuts en valait la peine", reconnaît le biologiste moléculaire, aujourd'hui émérite. Dès 2006, il a été le premier directeur du Centre de sciences et d'ingénierie des biosystèmes (C-BSSE) initial. Il a contribué comme peu d'autres à l'établissement du Département des systèmes biologiques (D-BSSE) de l'ETH à Bâle : "Pour moi, le nouveau bâtiment est l'aboutissement d'un développement merveilleux", poursuit Paro : "Dès la planification, nous avons veillé à concevoir l'ensemble du bâtiment de manière à ce que ses parties soient ouvertes et perméables aux interactions scientifiques."Les professeurs ont poursuivi la réflexion sur le concept d'espace de manière cohérente, ajoute Sven Panke, qui reprend la direction du département cette année : "Nous avons décidé ensemble de ne pas regrouper les chaires par thème dans le nouveau bâtiment, mais de les mélanger à chaque étage".

L'interdisciplinarité en action

Du point de vue thématique, le Département de biologie se divise en trois directions principales : la biologie expérimentale, la biologie théorique assistée par ordinateur et la bio-ingénierie. À chaque étage, des biologistes expérimentaux, des bioinformaticiens et des bio-ingénieurs travaillent désormais porte à porte. "Dès le départ, l'avantage du D-BSSE a été de réunir les trois domaines de recherche sous un même toit afin de faciliter les échanges entre les groupes. Ici, dans le nouveau bâtiment, nous pouvons encore mieux exercer cette mixité", souligne Sven Panke. "Cette interdisciplinarité vécue ouvertement est attrayante pour les chercheurs du monde entier". Les chercheurs du D-BSSE viennent de 42 pays. Le propre laboratoire de bioprocessus de Sven Panke se trouve par exemple au même étage que le groupe de Niko Beerenwinkel. Tous deux symbolisent l'orientation particulière du Département des systèmes biologiques, qui combine de manière significative la recherche fondamentale en sciences biologiques avec une approche mathématique et informatique, en y ajoutant une composante constructive et technologique. Alors que Sven Panke est spécialisé dans les techniques de bioprocédés miniaturisés permettant de trouver des variantes améliorées de cellules ou de les contrôler de manière synthétique, Beerenwinkel associe les mathématiques, l'informatique et l'intelligence artificielle à la biologie et à la médecine. Ses méthodes assistées par ordinateur permettent par exemple la reconnaissance et la description moléculaires de maladies virales. Les modèles de Beerenwinkel ont été mis à l'épreuve pendant la pandémie de coronavirus. Avec Tanja Stadler, professeure au D-BSSE pour l'évolution assistée par ordinateur et présidente du comité consultatif scientifique Covid-19, il a apporté d'importantes contributions pour identifier à chaque fois de nouvelles variantes du coronavirus ainsi que leurs caractéristiques et leur propagation.

L'identité des chercheurs du D-BSSE a été la biologie systémique : celle-ci étudie de manière globale le fonctionnement des cellules, des organes et des organismes et les processus temporels et biochimiques qui les maintiennent en vie. Pour comprendre ce fonctionnement, les chercheurs utilisent souvent de grands ensembles de données qu'ils produisent à l'aide d'instruments à haut débit comme les machines de séquençage de l'ADN, ainsi que des modèles mathématiques et des simulations informatiques. Le deuxième axe du D-BSSE, la biologie synthétique, se rattache à la biologie systémique. Cette recherche construit des cellules, des organoïdes et des micro-organismes dotés de nouvelles propriétés, souvent importantes sur le plan médical, qui n'existent pas dans la nature.

Des prestations pionnières à Bâle

La bioingénierie au D-BSSE adopte également une approche constructive. Ces approches contrôlent les cellules et les organismes par le biais de la substance héréditaire qu'est l'ADN. Il en résulte par exemple des vaccins ou des anticorps pour l'immunologie synthétique ou des implants cellulaires qui ont une action correctrice sur les troubles du métabolisme, ou encore des appareils miniaturisés comme la technologie dite "lab-on-chip". "La bioingénierie ainsi que les méthodes de calcul basées sur la science des données font partie des prestations pionnières que notre département a établies à Bâle", explique Sven Panke, qui fait partie du D-BSSE depuis 2009. "Nous transmettons également à nos étudiants cette combinaison de bioingénierie et de méthodes informatiques".

Rétrospectivement, on constate à quel point les réflexions qui ont débuté en 2000 pour créer un Institut de recherche en sciences biologiques de l'ETH à Bâle étaient clairvoyantes. De même, la décision de l'ETH Zurich d'établir le D-BSSE à Bâle en 2007 en tant que département à part entière, avec un financement garanti à long terme, porte ses fruits jusqu'à aujourd'hui. Il y a bien sûr eu des moments où le développement du D-BSSE n'a pas suivi une ligne droite. Ainsi, en 2003, la "Neue Zürcher Zeitung" constatait que le lancement de la "filiale bâloise de l'ETH" bégayait. Le journal commentait alors avec étonnement l'idée de l'ETH Zurich de créer à Bâle un département entier de bio-ingénierie ou d'ingénierie biomédicale : "L'idée est si grandiose qu'elle semble presque irréalisable", et elle a été réalisée.

Avec le déménagement du département du site de Rosental au bâtiment BSS sur le campus des sciences de la vie Schällemätteli, le prochain saut de développement du D-BSSE s'est dessiné. Après la biologie systémique et la biologie synthétique, la translation des résultats de la recherche fondamentale vers la médecine prend de plus en plus d'importance. Cela est lié à l'état de la recherche. "Aujourd'hui, la biologie systémique comprend souvent si bien comment fonctionne une cellule qu'elle peut contrôler elle-même des processus importants. La biologie synthétique utilise ces connaissances pour reprogrammer une cellule afin qu'elle puisse accomplir une nouvelle tâche", explique Paro. "De telles cellules reprogrammées pourront être utilisées à l'avenir à des fins thérapeutiques en médecine".

Recherche translationnelle

Les cellules ne peuvent toutefois être utilisées chez les patients que si elles sont produites dans des conditions pharmacologiques très strictes. Avant le déménagement, le D-BSSE ne disposait pas de cette infrastructure. En revanche, le bâtiment du BSS dispose désormais de sa propre GMP Facility (voir encadré). "Grâce à cette nouvelle infrastructure, nous pouvons entamer la phase translationnelle", atteste Paro, "car dans des conditions BPF, nous pouvons améliorer et purifier les cellules reprogrammées en laboratoire jusqu'à ce qu'on puisse les utiliser dans des études cliniques".

L'évolution vers la recherche translationnelle est également liée au nouveau site sur le campus des sciences de la vie Schällemätteli : Les voisins immédiats sont l'Hôpital universitaire de Bâle, l'Hôpital pédiatrique universitaire des deux Bâle ainsi que le Biocentre de l'Université de Bâle. De plus, le département universitaire de biomédecine et le Basel Research Centre for Child Health y prévoient également des constructions nouvelles dans le voisinage. La proximité géographique favorisera certainement la transmission des connaissances biologiques à la médecine.