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Article de méthode

Un protocole complet et un guide étape par étape pour l’intégration multi-omique dans la recherche biologique

3.5K vues

DOI :

10.3791/66995

8 août 2025

Dans cet article

Résumé

Ce travail détaille les méthodes d’intégration de données multi-omiques (concaténation, transformation et basée sur un modèle). En combinant les données de la génomique, de l’épigénomique, de la transcriptomique, de la protéomique, de la métabolomique, de la métagénomique, de la lipidomique et de la glycomique, on obtient une compréhension complète des systèmes biologiques. Le manuscrit fournit des directives étape par étape, mettant en évidence les limites, les avantages et les outils de visualisation pour l’intégration multi-omique.

Résumé

Ce manuscrit fournit un guide complet étape par étape pour l’intégration des données multi-omiques dans la recherche biologique.

L’intégration de données multi-omiques fait référence au processus de combinaison et d’analyse de données mesurées sur le même ensemble d’échantillons biologiques avec différentes technologies omiques, telles que la génomique, l’épigénomique, la transcriptomique, la protéomique, la métabolomique, les microbiomes, la lipidomique et la glycomique. Même si les approches multi-omiques ont des objectifs similaires à ceux des analyses monoblocs ou mono-omiques (par exemple, la description, la discrimination, la classification ou la prédiction), elles sont capables de capturer un plus large éventail d’informations moléculaires, fournissant ainsi une compréhension plus approfondie des systèmes biologiques et de leurs interactions complexes. En effet, la combinaison de plusieurs ensembles de données omiques permet d’améliorer la précision des prédictions et d’obtenir des résultats plus robustes, en particulier dans les cas où le nombre d’échantillons disponibles est limité. De plus, grâce au développement le plus récent des techniques d’apprentissage automatique, les analyses multi-omiques sont aujourd’hui adaptées pour découvrir des modèles cachés et des phénomènes complexes survenant entre différents composés biologiques.

L’objectif principal de ce travail est de présenter le protocole complet couramment utilisé dans les études multi-omiques, de la formulation initiale du problème aux outils utiles à l’interprétation biologique des résultats. Le manuscrit décrit en détail les différentes méthodes d’intégration de données multi-omiques, y compris les approches basées sur la concaténation (bas niveau), les approches basées sur la transformation (niveau intermédiaire) et les approches basées sur les modèles (haut niveau), et souligne leurs limites et avantages, ainsi que la présentation d’outils généraux de visualisation et de diagnostic.

Introduction

Le domaine de la recherche biologique a connu des avancées significatives ces dernières années, en particulier dans le domaine des technologies omiques. Ces technologies fournissent des informations précieuses sur la nature complexe des systèmes biologiques. Cependant, chaque technologie omique offre une perspective unique sur les composants biologiques, nécessitant l’intégration de données multi-omiques pour obtenir une compréhension complète.

La multi-omique englobe différentes classes de biomolécules qui peuvent être définies quantitativement grâce à l’avènement de nouvelles et puissantes techniques de s....

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Protocole

1. Définition de la ou des questions de recherche

  1. Articulez clairement la ou les questions de recherche spécifiques qui seront abordées par l’intégration multi-omique. Par exemple, question de recherche 1 : Quels sont les changements dans l’expression des protéines et les profils de métabolites qui sont en corrélation avec la réponse au traitement ? Question de recherche 2 : Comment les variations génétiques influencent-elles les modèles d’expression génique chez les patients atteints d’une maladie donnée ? Question de recherche 3 : Comment l’intégration de couches omiques spécifiques permet-elle de mieux comprendre un processus biologique....

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Résultats

Comme dans l’analyse mono-omique, la visualisation est essentielle pour l’exploration des données, l’intégration des données, la reconnaissance des formes, la génération d’hypothèses et la communication des résultats. Plus précisément, une bonne visualisation des données volumineuses est très importante lors des étapes de prétraitement des données, car elle permet de vérifier la normalisation, d’identifier les valeurs aberrantes, etc. Dans le multi-omique, encore plus, la visualisation est vitale, car elle peut aider à l.......

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Discussion

L’identification de l’ensemble de données omiques le plus pertinent est l’une des premières étapes d’une étude d’intégration multi-omiques. Dans la recherche nutritionnelle, la métabolomique représente l’une des premières couches omiques à examiner, car elle peut mettre en évidence les voies métaboliques et les processus biochimiques à la base de l’intervention diététique ou de la réponse métabolique à l’apport alimentaire. D’autre part, par exemple, en biologie du cancer, la génomique e.......

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Déclarations de divulgation

E. A., R. R et O. C sont des employés de la Société des Produits Nestlé SA.

Remerciements

Les auteurs remercient le Dr Michael Affolter, le Dr Loïc Dayon, le Dr Jean Philippe Godin, la Dre Francesca Giuffrida, la Dre Eugenia Migliavacca, la Pr Anne-Florence Bitbol et le Pr Zoltan Kutalik.

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Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article
NomEntrepriseNuméro de catalogueCommentaires
Apple M2 Pro macOSApple14.3 (23D56)Ordinateur de traitement
ggplot2 R packager-project.org3.4.4Création de visualisations de données
ggpubr R packager-project.org0.6.0Création de graphiques prêts à publier
ggrepel R packager-project.org0.9.5Positionnement automatique des libellés de texte non chevauchants avec ggplot2
Package R r-project.org0.22-5Graphiques Tellis pour R
limma R packager-project.org 3.58.1Modèles linéaires pour le mix de données de microarrayOmics
R packager-project.org6.25.1Projet d’intégration de données
omiques Package NEMO Rr-project.org0.1.0Clustering multi-omique basé sur le voisinage
R  ;r-project.org4.3.2 (2023-10-31)Langage de programmation pour le calcul statistique et les graphiques
R StudioRStudio2023.12.1+402 (2023.12.1+402)Environnement de développement intégré pour R
SNFtool R packager-project.org2.3.1Similitude fusion de réseau
tidyr R packager-project.org1.3.1Rangey messy data
yardstick R packager-project.org1.3.0Caractérisations nettes des performances du modèle

Références

  1. Hasin, Y., Seldin, M., Lusis, A. Multi-omics approaches to disease. Genome Biol. 18 (1), 83(2017).
  2. Reel, P. S., Reel, S., Pearson, E., Trucco, E., Jefferson, E. Using machine learning approaches for multi-omics data analysis: a review. Biotechnol Adv. 49, (2021).
  3. Ritch....

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