L'unité MIG et l'unité MIAJ ont fusionné au 1er janvier 2015. Elles constituent dorénavant la nouvelle unité MaIAGE dont le site internet est accessible via l'URL suivante : http://maiage.jouy.inra.fr.

Biologie des Systèmes

Contexte et Objectifs

Durant les dernières décennies, le séquençage de génomes complets ainsi que le développement de technologies à haut débit ont conduit à l’accumulation de données expérimentales à une échelle sans précédent. Ces données proviennent de sources différentes et sont de nature variée (concentrations d'ARNm, de protéines, modifications post-traductionnelles, flux métaboliques, prédictions bioinformatiques, etc.). Elles fournissent une information détaillée sur les composants individuels d’une cellule vivante.

Cependant, de nombreux résultats expérimentaux et théoriques suggèrent que la somme des connaissances sur ces composants individuels n’est pas suffisante pour comprendre la dynamique d’une cellule vivante, même aussi simple qu’une bactérie. Ceci a conduit à l’émergence de la biologie des systèmes (ou biologie systémique, ou encore biologie intégrative ; systems biology en anglais), qui consiste en une approche holistique dont le but est de comprendre les règles fondamentales qui gouvernent le fonctionnement dynamique d’une cellule à l’échelle globale. Les mathématiques appliquées, et en particulier l’automatique et l’étude des systèmes dynamiques constituent un outil central pour une telle approche.

L’émergence du groupe de recherche "Biologie des Systèmes" au sein du laboratoire Mathématiques, Informatique et Génome de l’INRA est récente. Bénéficiant de la proximité de laboratoires de biologie et de microbiologie au sein de l’INRA, l’activité du groupe s’articule autour du développement et de la validation d’outils théoriques pour appréhender la complexité des réseaux de régulation biologiques. Les diverses collaborations avec des équipes expérimentales, internes ou externes à l’INRA, constituent un atout majeur dans cette approche, et permettent de contribuer à la compréhension des mécanismes en oeuvre dans un organisme vivant, lors de la réalisation d’une fonction biologique.

Thèmes de recherche

Les recherches menées au sein du groupe "Biologie des Systèmes" s’articulent principalement autour du développement d’outils mathématiques et informatiques pour la modélisation et l’analyse de systèmes biologiques. Le but principal du groupe est de mettre à profit des compétences de mathématiques appliquées, et notamment d’automatique, afin de construire des modèles dynamiques de réseaux d’interaction complexes, omniprésents en biologie cellulaire. L’analyse mathématique de ces modèles conduit d’une part à appréhender le comportement dynamique non-trivial de ces réseaux, et d’autre part à étudier leurs propriétés structurelles les plus importantes.

D’un point de vue biologique, les recherches du groupe se sont pour une part importante concentrées autour de micro-organismes, et notamment de Bacillus subtilis, bactérie modèle des Gram positifs. A travers plusieurs projets de recherche nationaux et internationaux, et en collaboration étroite avec différentes équipes de biologie et de microbiologie, les membres du groupe tentent de modéliser différents aspects du fonctionnement global de ce micro-organisme, dans une approche systémique et intégrative.

Etant donnée la forte interdisciplinarité de ces recherches, le groupe développe également un certain nombre d’outils informatiques d’analyse de données et de visualisation pour la biologie systémique.

Quelques mots-clés

  • Général : Biologie des systèmes ; Modélisation mathématique ; Analyse et contrôle de systèmes dynamiques ; RBA (Resource Balance Analysis) ; Inférence de réseaux ; Réseau de décision.
  • Mathématiques : Equation différentielle ordinaire ; Système dynamique discret ; Système hybride ; Théorie du contrôle ; Optimisation convexe ; Equation aux dérivées partielles.
  • Biologie : Réseau de régulation (génétique, métabolique) ; Gestion des ressources ; Taux de croissance ; Synthèse de la paroi cellulaire ; Mort cellulaire programmée (apoptose) ; Bactérie (Bacillus subtilis) ; Levure (Saccharomyces cerevisiae).