Rapport final - Swiss Talent Forum

Abdullah Al-awadhi et George Samaan
Mars 2013
Reconstruction de lignée cellulaire de bactéries à
partir de l’analyse informatique d’images de
microscope
Responsable accompagnant : Virginie Uhlmann.
Introduction
Le projet que nous avons réalisé nous a été confié car il est censé
apporter de l’aide aux chercheurs qui étudient la résistance aux
antibiotiques de certaines bactéries, dans des colonies de bactéries de
tuberculose. En effet, ces bactéries ont probablement une différence
avec les autres qui leur permet de résister, mais malheureusement nous
ne connaissons à ce jour toujours pas l’origine de cette résistance. Nous
devons donc étudier le développement de ces cellules (croissance,
divisions…) afin d’espérer trouver un lien qui pourrait être grandement
utile pour l’élaboration d’antibiotiques plus performants, capable
d’éradiquer la totalité de la colonie, sans quoi un nouveau repeuplement
(et donc une reinfection) serait possible. Il y a par conséquent des
programmeurs au Laboratoire d’Imagerie Biomédicale qui mettent en
place des logiciels informatiques permettant de faciliter l’étude ainsi que
l’analyse des populations de bactéries sur des images de microscope. En
effet, avec un logiciel performant, l’analyse de nombreuses séquences
d’images pourrait se faire automatiquement par ordinateur. Cependant,
afin de mesurer l’efficacité de la méthode automatique, il faut tout de
même qu’une vérification manuelle soit faite par des personnes. L’analyse
effectuée par les humains et non par la machine fournit une référence
aux développeurs et permet de prouver que le programme mis en place
fonctionne réellement. C’est là que nous sommes intervenus. Le but de
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notre projet était donc de fournir une vérification manuelle pour un
programme dont le but est d’analyser les stades de développement d’une
colonie de cellules (divisions, nombre de cellules à un temps donné, leur
taille...). Nous avons donc annoté les images à la main, puis produit l’arbre
phylogénétique d’une colonie de bactéries afin de voir si les résultats
obtenus avec le programme et les nôtres correspondaient.
Matériel
Pour ce faire, nous avons utilisé un ordinateur muni d’un programme
nommé “ImageJ”, avec un plugin qui s’appelle “Interactive Spot Picker”.
Les données étaient composées d’une suite d’images du développement
d’une colonie de bactéries de tuberculose de 68 séquences, prises à l’aide
d’un microscope (par des biologistes), ainsi qu’un logiciel permettant de
créer des arbres phylogénétiques nommé PhyloWidget.
Méthode
Tout d’abord, à l’aide du logiciel “ImageJ” et du plugin “Interactive Spot
Picker”, nous avons marqué les bactéries sur la suite d’images. Au tout
début, il n’y avait qu’une seule cellule de petite taille en forme de bacille,
que nous avons marquée en traçant un chemin allant d’un bout à l’autre de
la bactérie.
Ceci est une image de ce que nous faisions
(tracer chaque chemin pour chaque cellule)
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Nous avons procédé de façon similaire pour les séquences suivantes (le
traçage fut facilité par le logiciel). La cellule grandissait, donc le tracé
aussi, puis, à un certain moment, elle se divisait, donc
nous nous sommes retrouvés avec deux cellules avec deux tracés
différents, et nous avons poursuivi ainsi jusqu’à la dernière séquence, au
stade de 22 cellules. Ce protocole nous a simplement permis de pouvoir
délimiter clairement chaque cellule et en connaître le nombre exacte à
chaque séquence. Ensuite, grâce à ce travail réalisé méticuleusement,
nous avons pu enfin réaliser l’arbre phylogénétique de cette colonie de
bactéries de tuberculose.
Résultats
Les résultats que nous avons obtenus ont donc été le tracé complet de
tous les chemins pour chaque bactéries de toutes les séquences de notre
suite d’images ainsi qu’un arbre phylogénétique montrant la progression de
ces bactéries.
Image annotée de la séquence numéro 1
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Image annotée de la séquence numéro 2
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Arbre phylogénétique de la séquence d’images numéro 1
Arbre phylogénétique de la séquence d’images numéro 2
Discussion et conclusion
Nous avons donc enfin atteint notre objectif au bout de cette semaine
d’étude assez captivante, et les chercheurs du Laboratoire d’Imagerie
Biomédicale auront la possibilité d’utiliser notre travail en tant que
référence pour mesurer l’efficacité de leur logiciel. Ce programme pourra
lui-même fournir de l’aide aux biologistes qui étudient le développement
de bactéries, par exemple afin de pouvoir déceler chez les bactéries
résistantes aux antibiotiques utilisés cette différence tant recherchée
qui permettrait de trouver un remède totalement efficace.
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Remerciements
Nous souhaiterions remercier notre professeur encadrant mademoiselle
Virginie Uhlmann qui nous a clairement expliqué avec précision le travail
qu’on attendait de nous. Puis, nous voudrions également remercier
madame Karin Buechler qui a organisé cette semaine d’étude des plus
intéressantes, et enfin madame Alice Goodman qui nous a guidés pour nos
premiers trajets entre l’EPFL et l’auberge de jeunesse.
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