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Distinction

12/02/2019

Calculer avec la chimie : François Fages récompensé au prix La Recherche

Comme chaque année depuis 15 ans, le prix La Recherche récompense la diversité et l’excellence scientifique de la recherche francophone sur 11 thématiques distinctes.

Cette année, dans la catégorie "Sciences de l'information" , ce sont les travaux et la publication de François Fages de l'équipe Lifeware qui ont été distingués.

"Strong Turing Completeness of Continuous Chemical Reaction Networks and Compilation of Mixed Analog-Digital Programs" : c'est le titre original de la publication sélectionnée par le comité et le jury de la 15e édition du prix La Recherche , dans la catégorie "Sciences de l'information".

Les quatre auteurs :

vont ainsi être officiellement récompensés lors de la remise des prix La Recherche qui aura lieu le mercredi 13 février à l'université Paris-Dauphine.

Résumé de la publication :

Calculs analogiques dans les programmes biochimiques naturels et synthétiques
Lorsqu’un informaticien cherche à comprendre comment la cellule effectue les calculs nécessaires à son maintien dans l'environnement, au traitement des signaux qu’elle reçoit, à la prise de décision, et aux commandes de divers processus comme par exemple le cycle de division cellulaire, la nature continue des processus d’interactions protéiques, qui sont omniprésents dans la cellule, nous oblige à envisager des modèles de calcul analogique.
Cela est en contradiction avec la principale leçon de l’informatique dont les 80 ans d’histoire ont montré que dans le domaine électronique, seul le calcul digital était capable de passer à l’échelle des grands systèmes.
La preuve récente de Turing-complétude des réseaux de réactions chimiques (CRNs) continus, s’appuyant sur des résultats également récents de calculabilité et complexité analogiques, a permis de réconcilier sur le plan théorique les deux mondes, en montrant que toute fonction calculable sur les réels (i.e. par une machine de Turing en précision arbitraire passée en argument) peut-être calculée par un système d’équations différentielles polynomiales (par approximation du résultat sur une composante du système), et en fait par un CRN élémentaire sur un nombre fini d’espèces moléculaires.

Dans cette vue du calcul biochimique, les concentrations continues des espèces moléculaires (protéines en grand nombre) constituent le support de l’information; les programmes sont décrits formellement par l’ensemble des réactions chimiques possibles entre les protéines exprimées du génome ainsi qu'avec les molécules de l’environnement; les changements d'activation des gènes (de nature digitale) déterminent les changements de programmes et constituent en quelque sorte des métaprogrammes.

De la preuve du résultat théorique, nous avons tiré un compilateur de toute fonction réelle calculable (présentée comme solution d'équations différentielles polynomiales), ou de programmes mixtes analogiques-digitaux, en CRNs finis. Nous pouvons utiliser ce compilateur pour concevoir des CRNs artificiels en biologie synthétique ou effectuer des comparaisons avec les circuits naturels en biologie des systèmes.
Nos résultats expérimentaux ont porté sur l’implantation biochimique des fonctions trigonométriques (oscillateurs comparables par exemple aux circuits naturels d’horloge circadienne), des fonctions sigmoïdes (interrupteurs et convertisseurs analogiques-digitaux comparables aux circuits naturels de signalisation comme MAPK), des portes logiques (conception de vésicules artificiels de diagnostic différentiel des diabètes), de la séquentialité et des boucles (programmes impératifs comparables aux circuits naturels de commande du cycle de division cellulaire).
Ce cadre d’étude nous amène aussi à développer des méthodes alternatives de conception approchée de CRNs par évolution artificielle avec l’espoir de les comparer plus facilement aux circuits naturels.

 

Le prix La recherche

Chaque année, depuis quinze ans, le magazine La Recherche réunit un comité d'experts et un jury afin de sélectionner des travaux marquants de la recherche francophone. Sa démarche se place au carrefour de la recherche fondamentale ou appliquée, de la pluridisciplinarité, et de la diffusion des connaissances afin d’encourager et de promouvoir l’excellence scientifique.

Un comité scientifique s'est réuni en novembre dernier, présentant 80 articles de recherche, pour aboutir à 11 publications récompensées - une dans chaque domaine - plus un coup de cœur : archéologie, astrophysique, biologie, chimie, environnement, mathématiques, santé, neurosciences, physique, sciences de l'information, technologies. Le palmarès fait ressortir des sujets d'étude originaux, et met en lumière de nombreux jeunes scientifiques.

Retrouvez le palmarès de la 15e édition en ligne

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