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BioSys

Biologie des systèmes

Responsable : Vincent Fromion

La biologie des systèmes a pour objet l’étude des interactions dynamiques entre différentes parties d’un système biologique, ainsi qu’entre un système biologique et son environnement.

Dans ce cadre très général, l’équipe de recherche BioSys a pour but le développement de méthodes mathématiques et algorithmiques permettant de modéliser, d’analyser et de simuler des systèmes biologiques complexes, allant de l’échelle du processus intracellulaire à l’échelle de l’individu (ou de la communauté d’individus) dans son environnement. Dans une approche résolument intégrative, l’équipe est également amenée à développer des outils permettant la représentation et l’exploitation des données disponibles, nombreuses et hétérogènes, incluant par exemple des données `omiques’, des données de phénotypage haut-débit ou encore des données d’imagerie.

Nos compétences sont principalement dans le domaine des Mathématiques Appliquées : systèmes dynamiques (déterministes ou stochastiques), théorie du contrôle, optimisation (convexe ou non convexe) et dans le domaine des Sciences de l’Ingénieur : automatique, traitement d’images, calcul scientifique.

Du point de vue biologique, nos travaux sont réalisés principalement autour d'organismes modèles, notamment la bactérie Bacillus subtilis (modèle des Gram +) et la plante Arabidopsis thaliana. De façon générale, les questions centrées autour d’objets biologiques concrets s’appuient sur des partenariats interdisciplinaires robustes et structurés, à l’INRA ou en dehors.

Axes de recherche

L'équipe se situant à l'interface de plusieurs disciplines, nos travaux de recherche portent à la fois sur des thèmes à finalités biologiques et sur le développement d'outils plus génériques relevant des mathématiques appliquées. Nous dégageons ci-dessous quatre axes principaux, chacun illustré par quelques publications représentatives.

Analyse et modélisation de réseaux de régulation biologique

Goelzer A, Bekkal Brikci F, Martin-Verstraete I, Noirot P, Bessières P, Aymerich S and Fromion V. Reconstruction and analysis of the genetic and metabolic regulatory networks of the central metabolism of Bacillus subtilis. BMC Syst Biol, 2(1):20, 2008. [http]

Calzone L, Tournier L, Fourquet S, Thieffry D, Zhivotovsky B, Barillot E, Zinovyev A. Mathematical modelling of cell-fate decision in response to death receptor engagement. PLoS Comput Biol, 6(3):e1000702, 2010. [http]

Lubitz T, Schulz M, Klipp E, Liebermeister W. Parameter balancing in kinetic models of cell metabolism. Journal of Physical Chemistry B 114(49):16298-16303, 2010. [http]

Modélisation systémique d’une cellule vivante ; vers une généralisation aux organismes multicellulaires

Goelzer A, Muntel J, Chubukov V, Jules M, Prestel E, Nölker R, Mariadassou M, Aymerich S, Hecker M, Noirot P, Becher D and Fromion V. Quantitative prediction of genome-wide resource allocation in bacteria. Metab Eng, 32:232–243, 2015. [http]

Borkowski O, Goelzer A, Schaffer M, Calabre M, Mäder U, Aymerich S, Jules M and Fromion V. Translation elicits a growth rate-dependent, genome-wide, differential protein production in Bacillus subtilis. Mol Syst Biol, 12(5):870, 2016. [http]

Noor E, Flamholz A, Bar-Even A, Davidi D, Milo R, Liebermeister W. The protein cost of metabolic fluxes: prediction from enzymatic rate laws and cost minimization PLoS Computational Biology, 12 (10):e1005167, 2016. [http]

Goelzer A and Fromion V. Resource allocation in living organisms. Biochem Soc Trans, BST20160436, 2017. [http]

Analyse de processus spatio-temporels au sein d’une cellule vivante

Domínguez-Escobar J, Chastanet A, Crevenna AH, Fromion V, Wedlich-Söldner R, Carballido-López R. Processive movement of MreB-associated cell wall biosynthetic complexes in bacteria. Science, 333(6039):225, 2011. [http]

Miquel M, Trigui G, d'Andréa S, Kelemen Z, Baud S, Berger A, Deruyffelaere C, Trubuil A, Lepiniec L, Dubreucq B. Specialization of oleosins in oil body dynamics during seed development in Arabidopsis seeds. Plant Physiol, 164(4):1866, 2014. [http]

Billaudeau C, Chastanet A, Yao Z, Cornilleau C, Mirouze N, Fromion V, Carballido-López R. Contrasting mechanisms of growth in two model rod-shaped bacteria. Nature Communications, 8, 2017. [http]

Deslandes F, Thiam A, Forêt L. Lipid droplets can spontaneously bud off from a symmetric bilayer. Biophysical Journal, 113(1), 15-18, 2017. [http]

Développements méthodologiques pour la biologie des systèmes

Goelzer A, Fromion V and Scorletti G. Cell design in bacteria as a convex optimization problem. Automatica, 47(6):1210, 2011. [http]

Tournier L and Chaves M. Interconnection of asynchronous Boolean networks, asymptotic and transient dynamics. Automatica, 49(4):884, 2013. [http]

Fromion V, Leoncini E, Robert P. A stochastic model of the production of multiple proteins in cells. SIAM J Appl Math, 75(6):2562, 2015. [http]

Bergou EH, Gratton S, Vicente LN. Levenberg-Marquardt methods based on probabilistic gradient models and inexact subproblem solution, with application to data assimilation. SIAM/ASA J Uncertainty Quantification, 4(1):924, 2016. [http]

Deslandes F, Laroche B, Trubuil A. Fusion detection in time-lapse microscopy images: application to lipid droplets coalescence in plant seeds. IFAC-PapersOnLine, 49(26), 239-244, 2016. [http]

Liste complète des publications de l'équipe


Projets de recherche

Projets en cours (sélection)

DALLISH [2017-2020] Data Assimilation and Lattice LIght SHeet imaging for endocytosis / exocytosis pathway modeling in the whole cell (Projet ANR)

Partenariat :

  • INRA-MaIAGE (Equipes DynEnVie et BioSys)
  • Inria (Equipes-Projets Serpico / Fluminance / Beagle)
  • Institut Curie (U1143 / UMR144)

 

ICycle [2017-2020] Interconnexion et contrôle de deux oscillateurs biologiques dans des cellules mammaliennes (Projet ANR)

Partenariat :

  • INRA-MaIAGE (Equipe BioSys)
  • Inria (Equipe-Projet BIOCORE)
  • IBV, Institut de Biologie de Valrose (Equipe Biologie du système circadien)

 

ProteinFactory [2015-2018] Engineering of new-generation protein secretion systems (European ITN Project, Initiative Traning Network)

List_MAPS [2015-2019] Training and research in Listeria monocytogenes Adaptation through Proteomic and Transcriptome deep Sequencing Analysis (European ITN Project, Initiative Traning Network)

Projets terminés (sélection)

BaSysBio [2006-2010] Bacillus Systems Biology (Projet Européen FP6)

Basynthec [2010-2014] Bacterial Synthetic minimal genomes for biotechnology (Projet Européen FP7)

IMSV [2012-2016] Institut de Modélisation des Systèmes du Vivant (Projet Lidex de l’Université Paris-Saclay)


Logiciels

BiPON: une ontologie représentant les processus cellulaires bactériens de façon systémique. Ce travail a été financé par le projet IMSV.

BiPSim: un simulateur stochastique des processus cellulaires bactériens. Ce travail a été financé par le projet IMSV.

Basylica: Environnement (interface et base de données) dédié à la gestion et au traitement de données Live Cell Array (LCA). Ce travail a été financé par le projet BaSysBio.


Membres de l'équipe

Permanents

El Houcine Bergou, Chargé de Recherche.

Marc Dinh, Ingénieur d'Etudes.

Vincent Fromion, Directeur de Recherche, chef d'équipe.

Anne Goelzer, Ingénieure de Recherche.

Wolfram Liebermeister, Directeur de Recherche.

Laurent Tournier, Chargé de Recherche.

Alain Trubuil, Ingénieur de Recherche.

Doctorants, post-doctorants et chercheurs associés

Claire Baudier, Doctorante.

Ana Bulovic, Doctorante.

François Deslandes, Doctorant.

Ousmane Diop, Doctorant.

Guillaume Jeanne, Doctorant.

Yunjiao Lu, Doctorante.

Cécile Moulin, Doctorante.

Sabine Peres, Maître de Conférences LRI, IUT d'Orsay.

Marwa Zaarour, Doctorante.

Anciens

Stéphan Fischer, Post-doctorant 2015-2017.

Vincent Henry, Post-doctorant 2015-2017.

Renaud Dessalles, Doctorant 2013-2017.

Elise Laruelle, Doctorante 2013-2017.

Aida Kalantari, Doctorante 2013-2016.

Ghislain Fievet, Ingénieur en CDD 2015-2016.

Joel Yao, Post-doctorant 2014.

Houda Bouraoui, Post-doctorante 2014.

Emanuele Leoncini, Doctorant 2011-2013.

Marouane Ait El Faqir, Doctorant 2012-2015.

Eric Prestel, Post-doctorant 2012.

Hector Bautista, Post-doctorant 2012.

Pierre Flores, Doctorant 2011-2014.

Charlotte Cousin, Doctorante 2010-2014.

Olivier Borkowski, Doctorant 2009-2013.

Magalie Celton, Doctorante 2008-2011.

Safta De Hillerin, Doctorante 2009-2011.

Ludovica Cotta-Ramusino, Post-doctorante 2008-2010.

Nacim Meslem, Post-doctorant 2008-2010.

Fadia Bekkal Bricki, Post-doctorante 2006-2008.

Elodie Marchadier, Doctorante 2006-2009.

Catherine Tanous Healy, Post-doctorante 2007-2008.



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