Sites Inria

English version

Modelisation - Systèmes biologiques

Marie Odin - 13/05/2011

Modéliser les dynamiques temporelles, spatiales et évolutives des cellules biologiques

Guillaume Beslon, responsable de l'équipe Beagle Guillaume Beslon, équipe Beagle

À l’interface entre l’informatique et les sciences du vivant, l’équipe Beagle s’intéresse à la modélisation des propriétés des cellules vivantes pour comprendre l’évolution de ces propriétés et leur rôle dans l’interaction des cellules avec leur environnement. Guillaume Beslon, professeur à l’INSA de Lyon et responsable de l'équipe en présente les axes de recherche et les enjeux scientifiques.

Quels sont les axes de recherche de l'équipe Beagle ?

Guillaume Beslon  : D’une manière générale, nous nous intéressons à la façon dont une cellule réagit à son environnement. La cellule est considérée comme un réseau d’entités qui traitent de l’information. Nous cherchons à comprendre par quels mécanismes elle reçoit ces informations, les intègre, y réagit et comment ces mécanismes se sont mis en place au cours de l’évolution. En quelques mots il s’agit d’approcher les racines fonctionnelles et historiques de la complexité des systèmes biologiques. Notre analyse intervient donc à plusieurs échelles : celle de la vie des cellules et celle de leur évolution.

Notre premier axe de recherche concerne "l’évolution numérique". Nos logiciels de simulation permettent de construire un modèle d’organisme, avec son génome, ses protéines et ses conditions d’évolution - dont les paramètres de compétition et de variation (mutations). Une boucle évolutive permet ensuite de "produire" de nombreuses générations de ces "bactéries virtuelles" et d’observer les structures qui émergent. En faisant ensuite varier les conditions, nous pouvons attribuer telle ou telle structure à telle ou telle condition évolutive. Notre logiciel AEVOL   nous permet par exemple de simuler l’évolution des génomes et de comprendre pourquoi on observe une telle diversité dans les structures génétiques.

Un second axe de recherche, avec une approche plus fonctionnelle, se consacre à "la biologie numérique  cellulaire". Nous nous intéressons particulièrement à l’impact des contraintes spatiales sur l’organisation, les déplacements et les réactions chimiques des composants cellulaires et membranaires. La modélisation et la simulation nous permettent de tester l’influence de certaines caractéristiques de la cellule, comme la localisation des récepteurs ou les contraintes de diffusion, sur la manière de recevoir, de traiter et de réagir à de l’information.

Quels sont les enjeux scientifiques liés à ces travaux ?

Représentation artistique d'une cellule par D. Goodsell Vue artistique des composants d'une cellule - © David Goodsell

Guillaume Beslon  : Cette thématique est commune à d’autres disciplines mais les méthodes informatiques restent encore à développer. En effet, si les questions sont celles des sciences du vivant, on ne sait pas encore bien représenter la cellule informatiquement et utiliser ces modèles pour répondre à des questions biologiques. Les verrous pour y parvenir relèvent principalement de l’informatique.

Les modèles sur lesquels travaille Beagle proposent une simplification de la réalité pour tenter d’apporter des réponses. Ces modèles sont donc par nature toujours une réduction de l’objet. Ils ne sont pas faux pour autant s’ils sont construits pour répondre à une problématique précise et s’ils sont interprétés en fonction de ces spécificités – idéalement donc par les personnes qui les ont construits. Ce qui est important c’est que le modèle soit utile pour porter un nouveau regard sur l’objet, et faire émerger de nouvelles questions. Le modèle n’est alors qu’un outil pour construire une théorie.

Quelles sont les motivations de ces recherches ?

Guillaume Beslon  : Nous effectuons des recherches fondamentales à l’interface entre plusieurs disciplines. Bien sûr, pour certaines de nos études des répercussions sont envisagées en médecine (l’obésité, l’insulino-résistance, les maladies nosocomiales par exemple), mais ce n’est pas un objectif immédiat. L’équipe Beagle souhaite avant tout travailler sur des questions de biologie fondamentale. Ainsi, pour prendre exemple sur nos travaux en évolution, ceux-ci s’inscrivent dans la lignée de la théorie de Darwin. Nous cherchons à comprendre ce qu’implique cette théorie. Il s’agit d’une certaine manière d’essayer de percer le mystère du vivant, d’approcher la question des origines et de l’évolution.

Du point de vue des sciences numériques, les nouvelles méthodes de modélisation pourraient déboucher sur de nouveaux algorithmes génétiques. Enfin, à plus long terme, les recherches que nous souhaitons mener pourraient faire émerger de nouvelles méthodes de calcul, inspirées du modèle biologique.

Mots-clés : Beagle Guillaume Beslon Inria Grenoble - Rhône-Alpes Modélisation

Haut de page

Suivez Inria