Philippe Nghe : la puissance de l’ARN

« L’idée d’expliquer le vivant à travers le prisme de la physique m’a toujours attiré. J’ai orienté mes études et ma carrière en ce sens, à l’interface de la physique et de la biologie », lance Philippe Nghe, professeur au laboratoire BIOC** de l’École polytechnique. Au milieu des années 2000, la microfluidique permet de manipuler des fluides aux échelles cellulaires ou multicellulaires (de l’ordre du micron ou de la centaine de microns). Elle prend de l’ampleur et des applications se dessinent en biologie. L’étudiant est séduit. Il se lance dans un master sur la physique des fluides et les matières molles à Sorbonne Université co-habilité par l’École polytechnique. Au gré des rencontres et des échanges avec ses professeurs, Philippe Nghe est encouragé à mener une thèse à l’ESPCI, dans le cadre d’un contrat avec un grand fournisseur d’énergie. « J’étais attiré par les débouchés industriels de la recherche et la possibilité de poursuivre des travaux en microfluidique, notamment dans les milieux poreux ». 

La biologie s’est éloignée, mais qu’à cela ne tienne. Son doctorat en poche, Philippe Nghe renoue avec elle et se fixe comme objectif de faire de la recherche dans le secteur public. « Je voulais un sujet qui allie recherche fondamentale et complexité. J’avais envie de défis ». C’est du côté d’Amsterdam et de l’Institut Amolf que le chercheur trouvera son bonheur en menant des travaux de postdoctorat autour de l’évolution. « Difficile de faire plus fondamental et plus challengeant », s’amuse le chercheur. Pendant trois ans, le quotidien de Philippe Nghe est fait de biophysique et d’une approche très quantitative du vivant. 

Aux origines de la vie...l’ARN ?

De retour en France, il rejoint l’équipe d’Andrew Griffiths, au sein de l’ESPCI. « Je revenais sur les lieux de ma thèse, mais cette fois ci pour étudier les origines de la vie. C’est là que j’ai réellement allié microfluidique (qui miniaturise et reconstitue certains phénomènes physiologiques dans des réacteurs de très petite taille comme des gouttes) et biologie fondamentale, notamment avec l’analyse de cellules uniques et de réactions biochimiques in vitro », se souvient Philippe Nghe. 

Le chercheur explore alors la relation entre le code génétique porté par l’ADN, la façon dont ce dernier conditionne les fonctions, et l’impact de celles-ci sur l’évolution (et plus en aval, sur d’éventuelles applications médicales et industrielles). Il expérimente in vitro, emprisonne diverses molécules dans des gouttes faisant office de cellules, d’unités aux réactions chimiques et biochimiques. « J’ai pu recréer, dans ces compartiments, des dynamiques de reproduction rudimentaires de l’ARN, reflétant celles des origines de la vie. Ces manips m’ont mis le pied à l’étrier de ce que je fais aujourd’hui ».

Au fil du temps, Philippe Nghe décroche des financements internationaux - notamment le Human Frontier Science Program (HFSP) - qui le guident petit à petit vers des méthodes computationnelles et l’utilisation de l’intelligence artificielle. Une bourse ERC Consolidator Grant obtenue en 2021 le conduit à l’interface de l’IA et de l’ARN pour mieux comprendre les origines de la vie. En effet, en criblant de nombreuses conditions physico-chimiques dans ses « compartiments », Philippe Nghe s’est progressivement focalisé sur cette molécule porteuse d’information génétique. 

Car l’ARN pourrait bien être le maillon entre un milieu inerte comme la soupe primitive, composé d’éléments chimiques ou de petites molécules, et un processus évolutif aboutissant à notre cellule ancêtre LUCA (Last Universal Common Ancestor) et ses 500 gènes. La biochimie a en effet montré depuis longtemps que l’acide ribonucléique pouvait à la fois porter l’information génétique et produire des protéines mais aussi déclencher des réactions chimiques entre ARN. Il en découlerait une auto-organisation dans laquelle des ARNs favoriseraient leur propre production, tout en catalysant la formation d’autres molécules fonctionnelles à partir de séquences aléatoires disponibles dans le milieu prébiotique. « Je m’intéresse à l’hypothèse selon laquelle des objets primitifs n’ayant pas la capacité de se copier base par base pourraient évoluer », souligne Philippe Nghe. 

Approche synthétique, IA et recherche thérapeutique

Pour la vérifier, et dans la mesure où il est aujourd’hui impossible d’observer LUCA, le chercheur adopte une approche synthétique tout en s’aidant de l’IA. Il élabore les scénarii qui ont favorisé l’apparition de la cellule ancêtre, teste leur faisabilité en laboratoire puis cartographie ces conditions avant de confronter leur compatibilité avec tel ou tel scénario. « Dans notre cas, les algorithmes nous aident à générer nos propres ARNs et à déterminer les fonctions qu’ils peuvent remplir : se répliquer eux-mêmes pour les recherches sur les origines de la vie, présenter des propriétés thérapeutiques dans le cadre de travaux pour le centre interdisciplinaire E4H ».

C’est d’ailleurs dans ce dernier contexte que s’inscrit le projet Tenure Track de Philippe Nghe à IP Paris. Le chercheur a pour objectif de développer des modèles d’intelligence artificielle faisant le lien entre séquence d’ARN et fonctions. « La crise du Covid a mis en lumière le potentiel thérapeutique de l’acide ribonucléique et la possibilité de développer très rapidement des médicaments. Une grande partie du génome humain est par ailleurs transcrite en ARN, 80 %, alors que seuls 2% est traduit en protéine selon les estimations actuelles. Le potentiel de cibles thérapeutiques de cette molécule est donc énorme », s’enthousiasme Philippe Nghe. 

A propos de Philippe Nghe

Ancien élève de l’Ecole Polytechnique, après une thèse à l’ESPCI et un postdoctorat à AMOLF (Pays-Bas), Philippe Nghe a été maître de conférences à l’ESPCI Paris de 2013 à 2025. Il y a dirigé l’équipe Laboratoire Biophysique et Évolution au sein de l’UMR Chimie Biologie Innovation (CNRS-ESPCI). Physicien et biologiste de formation, son expertise se situe à l’interface physique-biologie, avec un accent particulier sur la microfluidique, l’origine de la vie, et la biologie systémique. Il développe notamment des technologies expérimentales haut-débit couplées à des modèles théoriques pour étudier les réseaux de réactions chimiques autocatalytiques et l’évolution bactérienne. Il poursuit à présent ses travaux en tant que professeur au laboratoire de Biologie structurale de la cellule (BIOC) de l’École polytechnique.

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