Modélisation dynamique des processus cellulaires – DYNAMOCELL

Ce projet a pour ambition d'appliquer les méthodes de l'analyse des systèmes dynamiques à la compréhension de la coordination des processus moléculaires responsables des fonctions biologiques. Le changement d'échelle des approches induites par la génomique ouvre la voie à une appréhension globale du fonctionnement de la cellule. Nous voulons dans ce cadre mettre en œuvre une démarche de modélisation mathématique qui exploite la diversité des données produites pour rendre compte des mécanismes dynamiques des processus biologiques. Nous évaluerons à travers ce projet la pertinence des outils mathématiques et la qualité et la quantité d'informations nécessaires pour répondre à des questions biologiques particulières. L'objectif est de valider le pouvoir prédictif et explicatif de ces modèles. Une originalité du projet, en regard des travaux publiés à ce jour en biologie des systèmes, consistera à prendre en compte simultanément les connaissances des voies métaboliques et des processus biologiques avec celles des mécanismes de régulation auxquels ils sont assujettis. Nous reposons pour cela sur une collaboration interdisciplinaire entre des biologistes, des informaticiens et des mathématiciens, et le sujet de l'étude concerne la bactérie modèle Bacillus subtilis. Cette espèce parmi les mieux connues nous fournira les bases nécessaires pour valider notre démarche, et notre ambition est de pouvoir ensuite l'appliquer à n'importe quel organisme vivant. Le projet mettra en œuvre une méthode de modélisation Informationnelle (ou systémique) à deux niveaux différents. Un premier à l'échelle de la cellule qui rende compte de bilans et de coordinations globaux, et un deuxième plus spécifique centré sur les voies métaboliques et des processus biologiques particuliers pour intégrer dans les modèles les connaissances fines sur les régulations. Il s'agira dans ce dernier cas d'analyser la voie du carbone et du soufre, ainsi qu'un système particulier récemment découvert et impliqué dans la coordination de processus cellulaires essentiels. L'activité de modélisation au cœur du projet reposera en amont sur une extraction semi-automatique de connaissances des régulations à partir du texte, et de leur intégration avec les annotations des génomes et les données d'expression produites en génomique fonctionnelle. Dans l'attente que les modèles pointent des informations manquantes, nous appliquerons une démarche de fouille de données centrée sur leur recherche et basées sur les analyses bioinformatiques classiques (analyse du contexte des gènes, de coexpressions, recherche de signatures phylogénétiques). Le point de vue de la modélisation des systèmes biologiques permet d'embrasser l'ensemble des approches dédiées à l'analyse des génomes. Il est à ce titre fortement structurant et intégrateur. De plus, il pose en arrière-plan le problème de la représentation des connaissances biologiques.