Systèmes biologiques de synthèse : de la conception à la compilation – SYNBIOTIC

La politique scientifique de démarrage du projet SYNBIOTIC vise essentiellement à favoriser les dynamiques de recherche entre les différents partenaires. Nous avons installé des espaces d’échange et de contacts. De ce fait, les moyens mise en place pour cette première année répondent à cet objectif. Ils ont consisté en :
- trois réunions plénières espacées de 3 mois (cf. table ci-dessous) ;
- deux réunions concernant plus spécifiquement les WPs ;
- l’achat de matériels informatiques ;
- la conception d’un WIKI, d’une liste de diffusion (mail), d’un compte tweeter ;

Les réunions abordent à la fois un volet scientifique débutant par un exposé invité (d’un chercheur extérieur au projet) suivi par des exposés d’avancées des travaux et d’un volet organisationnel sur le pilotage du projet.

5 réunions ont eu lieu. Le fonctionnement des réunions à été précédemment décrite.

Date Lieu Partenaires présents Thème de la réunion
03/11/2010 EVRY – UEVE tous Lancement tous les WP1,2,4,6
10/02/2011 CRETEIL - UPEC tous Présentation du WP5
Calcul de population WP2/WP3
26/04/2011 PARIS - ISC tous Primitive de Morphogénèse WP1
11/07/2011 EVRY – UEVE Evry, Creteil Langage de modélisation biologique W3,4
27/08/2011 ISC – Paris Ile de France tous Réunion groupe de travail avec J. Beal, chercheurs américain MIT/BBN

- le soutien et la participation à l’organisation de la 12ème conférence internationale sur le calcul par membrane (CMC12) : cmc12.lacl.fr. Voir en particulier le poster de la conférence et les proceedings . Sergey Verlan (LACCL) était co-chair et organisateur de la conférence, Jean-Louis Giavitto (Evry) était l’un des exposés invités. Les proceedings finaux seront publiés au LNCS.
- la participation à l’organisation par Vivagora www.vivagora.org d’action d’information de la société civile sur les enjeux de la biologie synthétique. Ce projet, se concrétisera en 2012 sous forme d’un atelier scénario grand public en janvier 2012, suivi d’une journée de tables rondes en février et d’une soirée de débats en mars dans le cadre du Parlement du Futur (débat annuel organisé par VivAgora). SynBioTIC participe à travers la présence au comité scientifique de F. Delaplace et J.-L. Giavitto (Evry).
- la participation (via un étudiant stagiaire dans le projet) au concours iGEM 2011 ;
- le recrutement de deux étudiants en stage.

Deux thèses ont démarré sur des thématiques du projet. Nous avons pu obtenir des bourses de l’université pour le financement de ces thèses.
Their subjects are related to WP4 WP6

- 1 journal
- 1 conférences
- 2 workshop
- 1 chapitre de livre

Le projet de recherche SYNBIOTIC vise à développer des formalismes et des outils informatiques permettant de spécifier un comportement spatial global et de le compiler automatiquement à travers une tour de langages intermédiaires dans des processus locaux de régulation cellulaire (régulation génétique, métabolique, signalisation). La motivation finale est de permettre l'exploitation des propriétés collectives d'une population bactérienne pour créer des biosystèmes artificiels répondant à divers besoins dans le domaine de la santé, des nanotechnologies, de l'énergie et de la chimie. Ce projet s'inscrit dans le domaine des langages de programmation non conventionnels et de l'analyse de propriétés des systèmes dynamique; à l'interface de l'informatique et de l'ingénierie biologique. Il s'appuie sur les avancées de la biologie synthétique, les progrès réalisés dans la modélisation et la simulation de processus biologiques complexes, et sur le développement de nouvelles approches de la programmation permettant de faire face à de nouvelles classes d'application caractérisées par l'émergence d'un comportement global dans une grande population d'entités irrégulièrement et dynamiquement connectées (le calcul amorphe et le calcul autonome). La biologie synthétique est un domaine scientifique émergent qui désigne la conception et la fabrication banalisée et standardisée de composants et de systèmes biologiques qui n'ont pas de correspondant naturels. Par delà les problèmes d'ingénierie génétique, qui nécessitent le développement d'outils informatiques dédiés, les informaticiens retrouvent dans cette problématique des problèmes similaires à ceux de la conception de systèmes (circuits électroniques ou grands systèmes logiciels). Ils peuvent donc y apporter et adapter les méthodes et les outils qu'ils ont déjà développés dans ces domaines. Alors que la plupart des études dans ce domaine cherchent à concevoir, caractériser et valider des composants biologiques élémentaires réutilisables (BioBrick), notre projet se positionne en amont de cette étape en adressant essentiellement les problèmes de conception. Notre objectif est d'adresser l'étape suivante consistant à concevoir de grand système par une approche langage, similaire dans sa démarche aux méthode de conception et de synthèse des architectures matérielles. Notre stratégie est de développer une tour de langages, chaque langage adressant une spécificité propre et compilant ses constructions propres vers le langage de niveau inférieur jusqu'à la séquence génétique finale. Cette approche permet de combler le fossé existant entre la description aisée d'un système au niveau d'abstraction pertinent pour l'application et la prise en compte de tous les détails de son implantation par des processus physiques. L'artefact biologique produit par cette chaîne de compilation doit être validé avant d'être synthétisé. La validation se fait par simulation et par des méthodes de vérification de systèmes afin de garantir la sûreté et la sécurité des artefacts biologiques synthétisés. Ces dernières s'appuieront sur les techniques de modélisation informatique des processus biologiques développées dans le domaine de la biologie intégrative (algèbre de processus, réseau d'automates, réseau de Petri, théorie des jeux). Elles permettent d'utiliser des méthodes exhibant des propriétés invariantes ou de model-checking pour prouver a priori certaines propriétés du système. Cette approche langage de la biologie synthétique se concrétisera par un environnement qui sera validé par le développement d'applications tests dans le domaine de la morphogenèse. Outre son intérêt fondamental dans le domaine de la biologie, ces applications ouvrent la porte à la construction de nano-objets biologiques.