Université Paris 7 École Normale Supérieure de Cachan École Normale Supérieure École Polytechnique
Université Paris 6 Université Paris 11 École Nationale Supérieure des Télécommunications
Centre National de la Recherche Scientifique Commissariat à l'Energie Atomique Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique

Parisian Master of Research in Computer Science

Master Parisien de Recherche en Informatique (MPRI)

[Home page] [The MPRI course] [Practical information]


Méthodes informatiques pour la biologie systémique et synthétique (48h, 6 ECTS)

Responsables : François Fages et Vincent Schächter.

Intervenants 2009-2010: Grégory Batt, François Fages, Jean Krivine, Vincent Schächter.

Objectifs

Cristallisée dans les années 90 autour des besoins de stockage et manipulation des données de séquence et de la modélisation de la structure 3D des protéines, la bioinformatique conserve un lien très étroit avec les technologies de production de données expérimentales. La disponibilité récente du catalogue des briques élémentaires (gènes, ARN messagers, protéines) pour un nombre croissant d'organismes, ainsi que d'une fraction significative de leurs interactions potentielles, permet d'aborder l'étude globale des processus cellulaires, notamment réseaux de régulation, mais également métabolisme et signalisation. La complexité de ces processus rend indispensable le recours à des représentations formelles abstraites, que ce soit pour automatiser le travail de reconstruction (reverse-engineering) à partir de plusieurs types de données expérimentales, analyser leur structure, prédire le comportement des organismes en réponse à des questions biologiques précises, ou encore concevoir des systèmes permettant de corriger, optimiser ou implémenter des fonctions nouvelles dans la cellule.

Ce cours vise deux objectifs : d'une part, présenter les méthodes formelles développées récemment pour l'analyse du vivant, fournir aux étudiants les bases nécessaires à l'utilisation, la modification ou la conception de formalismes adaptés à la représentation de processus en biologie moléculaire, et d'autre part étudier les avancées récentes dans le domaine émergent de la biologie synthetique, rechercher les composants de base et les méthodes de conception qui permettront de développer une nouvelle forme d'ingénierie dans le domaine du vivant.

Plan du cours

1. Biologie formelle de la cellule

Introduction à la biologie moléculaire de la cellule (Grégory Batt, 5h)

Modèles de réaction dans la machine abstraite biochimique BIOCHAM (François Fages, 6h)

Méthodes informatiques dans la machine abstraite biochimique BIOCHAM (François Fages, 6h)

Réseaux de régulation génique (Grégory Batt, 7h)

2. Modèles et méthodes pour la biologie synthétique

Nous nous proposons cette année d'examiner en profondeur les avancées récentes en biologie synthetique. Cette discipline en pleine effervescence se definit comme une nouvelle forme d'ingenierie dont la caracteristique est de trouver ses composants de base et ses methodes de conception dans le domaine du vivant. Les buts affichés sont très divers. Il peut aussi bien s'agir de simplifier, d'améliorer, de mieux observer et contrôler les systèmes vivants existants, que de produire de nouveaux systèmes. De récentes percées dans la biochimie de l'ADN et d'autres bio-polymeres fondamentaux permettent aujourd'hui de considerer la modification ou la synthèse de novo de voies de signalisations, d'organismes ou même d'ecosystèmes tout entiers. Du point de vue computationnel le passage de la modelisation des systèmes existants [biologie systemique] a celle de systèmes synthetiques a une consequence importante: il devient possible de concevoir les composants et les conditions dans lesquelles ils operent de sorte que les techniques de modelisation usuelles -qui n'ont souvent qu'une portee qualitative- deviennent predictives. Il y a donc une réelle opportunite pour une conception in silico efficace. Le fil conducteur du cours sera donc de dresser la carte des differents espaces de composants ou media biologiques considerés jusque là, de mentionner les réalisations marquantes, et de s'attarder tout particulierement sur les perspectives de modelisation offertes.

Cadre général et articles classiques (Vincents Schachter et Jean Krivine, 12h)

Les papiers classiques du domaine qui ont ete publies depuis 2000 seront etudies et ordonnes selon le medium computationel utilise:

Pour chaque realisation on examinera les principes biologiques sous- jacents, les techniques de production de composants (in silico, evolution, echantillonnage combinatoire), les techniques de modelisations associées, et les solutions proposées aux problèmes d'interferences entre composants (autrement dit comment faire pour que les composants soient réellement composables). Une part importante sera consacrée au medium des interactions proteine- proteine -utilise par les systemes naturels dans la signalisation- et aux techniques de segregation spatiale et temporelle envisageables pour resourdre le probleme de la composabilite. Une autre part tout aussi importante sera consacrée à l'ingenierie et la synthese de reseaux metaboliques et notamment a la gamme des methodes in silico qui permettent de predire la viabilite de nouvelles voies de synthese.

Partie synbio/proteine (Jean Krivine, 6h)

Partie synbio/metabolisme (Vincent Schachter, 6h)

Supports de cours

Le wiki privé du cours (où se trouvent les articles proposés aux soutenances) est sur http://contraintes.inria.fr/teaching/wiki/

Les supports de cours sont accessibles aux adresses suivantes:

G. Batt: http://www-rocq.inria.fr/~batt/teaching/teaching.htm

F. Fages: http://contraintes.inria.fr/~fages/BioTeaching/

J. Krivine: http://www.pps.jussieu.fr/~jkrivine/homepage/Teaching.html https://www.genoscope.cns.fr/secure-nda/modbio/index.php/Main_Page

V. Schächter: https://www.genoscope.cns.fr/secure-nda/modbio/index.php/Main_Page

Langue du cours

Enseignement en français, transparents et documents en anglais.

Pré-requis

Bibliographie

Évaluation

Examen partiel écrit

Examen final sous forme de soutenance d'articles

Équipe pédagogique

G. Batt CR INRIA Paris-Rocquencourt
F. Fages DR INRIA Paris-Rocquencourt
J. Krivine CR CNRS Paris 7
V. Schächter DR Inst. Génomique du CEA Evry

Calendrier prévisionnel du cours

lundi 14 septembre 16.15-19.15: premier cours

Les années précédentes

* Année 2008-2009