Introductionetdéﬁnition Biologie des systèmes?...Réductionnisme et holisme Unpeudephilosophie!...

Introduction et définition

Biologie des systèmes ?

Biologie des systèmesDomaine scientifique qui cherche àintégrer différents niveauxd’informations pour comprendrecomment fonctionnent des systèmesbiologiques. Fortement influencé parles sciences de l’ingénieur.

J.N. Sturgis (AMU) ENSBI3U1L Septembre 2018 1 / 14


Réductionnisme et holisme

Un peu de philosophie !

Réductionnisme

Holisme



Réductionnisme et holisme

Un peu de philosophie !

RéductionnismeDoctrine proposant que pour comprendre les phénomènes complexes il fautles réduire à leurs composants plus simples. L’image est du Lego.

HolismeDoctrine proposant que les phénomènes complexes dépendent du domainetout entier dans lequel ils apparaissent. Mais non, l’image est d’un mur.



Analogie d’une voiture

Les propriétés d’une système complexe dépendent des composants maissurtout de comment ils fonctionnent ensemble dans leur environnement.



Analogie d’une voiture

Les propriétés d’une système complexe dépendent des composants maissurtout de comment ils fonctionnent ensemble dans leur environnement.

Si vous voulez comprendre les voitures il faut connaître les pièces et leurspropriétés et également comment ils fonctionnent ensemble.



En biologie

Les biochimistes sont historiquementles pire réductionnistes. . .

ÉcosystèmeEspècesIndividusOrganesTissusCellulesMoléculesAtomes

La biologie des systèmes tente defaire la reconstitution holistique pourcomprendre comment les différentspièces fonctionnent ensemble etcomment les spécifications descomposants influencent lesspécifications des systèmes pluscomplexes.



Des exemples et applications

La voie métabolique - un vision de biologie des systèmes de lafermentation alcoolique dans la levure.Le réseau de régulation - une ré-itération de ce qu’on a vu de larégulation des transporteurs de glucose mais dans une vision plusholistique.Le cycle cellulaire d’une bactérie - une tour de force dans la domainequi illustre bien les aspects de couplage entre processus biologiques.Les méthodes et outils - qu’utilise des chercheurs pour faire de labiologie des systèmes.


Les voies métaboliques

Une vision de la fermentation alcoolique




SmallboneLe model de Smallbone contient 61 espèces différentes liées par 33réactions chimiques avec 182 équations et paramètres.https ://www.ebi.ac.uk/biomodels/MODEL1303260018

Les espèces différentesLes métabolites. . .Les enzymes : y inclus les isozymes (HXK1 et HXK2) ; et les formesphosphorylées.





Certains réactions ont des équations simples. . .

vPDC1 =[PDC1] × kcatPDC1 × [Pyruvate]

KMPDC1 + [Pyruvate]

d’autres plus complexes. . .

vPYK2 =

[PYK2]×kcatPDC1×([PEP]×[ADP]−([Pyruvate][ATP]

KeqPYK))

KMPEP ×KMADP

(1 + [PEP]KMPEP +[Pyruvate]KMPyruvate

+ L0 ×1+ [ATP]KiATP1+ [F1,6bP]KaF16bP

) × (1 + [ADP]KMADP +[ATP]KMATP

)

d’autres trop complexes pour mettre ici. . .J.N. Sturgis (AMU) ENSBI3U1L Septembre 2018 8 / 14




Pour chaque espèce dans le modèle il faut :Concentration initiale mM dans la cellule.Une equation de vitesse pour les changements de concentration.avec tous les paramètres (KM , kcat etc.)




Verification de la coherence des paramètres et du modèle




Ce que ca apporte :Une compréhension des phénomènes complexes de régulation,oscillations glycolytiques.Validation des paramètres et identification de problèmes.Analyse de robustess de la régulation.


Un réseau de régulation

Le réseau de régulation des transporteurs de glucose

Les reseaux de régulationpeuvent etre analyzé entermes de graphes avecdes arêtes positives etnégatives. . .

hxk2

gal83

hxt1

hxt2

hxt3

hxt4

hxt1/2/3/4

Glucoseoutside

Glucoseinside

Mig1Med8

Hxk2

Hxk2-P

Glc7 Snf1.4

Gal83

Rgt1

Mth1/Std1

Mth1-P/Std1-P

Yck1/2

Grr1

Snf3/Rgt2

G6P




Modèle simple peutdonner d’informationsDeterminer certainsaspets du comportementStabilité du système

hxk2

gal83

hxt1

hxt2

hxt3

hxt4

hxt1/2/3/4

Glucoseoutside

Glucoseinside

Mig1Med8

Hxk2

Hxk2-P

Glc7 Snf1.4

Rgt1

Mth1/Std1

Mth1-P/Std1-P

Yck1/2

Grr1

Snf3/Rgt2

G6P

Gal83




Faire de faconquantitative.Ajouter les temps deréaction.

hxk2

gal83

hxt1

hxt2

hxt3

hxt4

hxt1/2/3/4

Glucoseoutside

Glucoseinside

Mig1Med8

Hxk2

Hxk2-P

Glc7 Snf1.4

Gal83

Rgt1

Mth1/Std1

Mth1-P/Std1-P

Yck1/2

Grr1

Snf3/Rgt2

G6P


Le cycle cellulaire

Le cycle cellulaire

Un Video


Le cycle cellulaire

Le cycle cellulaire


Le cycle cellulaire

Le cycle cellulaire

28 sous-models couvrent desprocessus différentes.

28 sous-models couvrent desprocessus différentes.Ils communiquent avec 16variables et incluent 0 à 140gènes.Pour validation plusieurscomparisons entre éxperience etles prédictions.Quelques prédictionsinattendues. e.g. rélationinitiation–réplication.Decouverte de nouveauxfonctions et erreurs dans lesparamètres.

DNA : réplication, dommage etréparation, condensation, surenroulement,initiation de réplication, segrégation,transcription régulation, cytokinesis.RNA : Transcription, processing,modification, destruction,amino-acylation, assemblage desribosomes.Protein : Translation, processing,repliement modification, assemblage,activation, translocation, destruction.Metabolisme et transportFtsZ oligomerisation


Le cycle cellulaire

Le cycle cellulaire

28 sous-models couvrent desprocessus différentes.Ils communiquent avec 16variables et incluent 0 à 140gènes.

Pour validation plusieurscomparisons entre éxperience etles prédictions.Quelques prédictionsinattendues. e.g. rélationinitiation–réplication.Decouverte de nouveauxfonctions et erreurs dans lesparamètres.


Le cycle cellulaire

Le cycle cellulaire

28 sous-models couvrent desprocessus différentes.Ils communiquent avec 16variables et incluent 0 à 140gènes.Pour validation plusieurscomparisons entre éxperience etles prédictions.

Quelques prédictionsinattendues. e.g. rélationinitiation–réplication.Decouverte de nouveauxfonctions et erreurs dans lesparamètres.


Le cycle cellulaire

Le cycle cellulaire

28 sous-models couvrent desprocessus différentes.Ils communiquent avec 16variables et incluent 0 à 140gènes.Pour validation plusieurscomparisons entre éxperience etles prédictions.Quelques prédictionsinattendues. e.g. rélationinitiation–réplication.

Decouverte de nouveauxfonctions et erreurs dans lesparamètres.


Le cycle cellulaire

Le cycle cellulaire

28 sous-models couvrent desprocessus différentes.Ils communiquent avec 16variables et incluent 0 à 140gènes.Pour validation plusieurscomparisons entre éxperience etles prédictions.Quelques prédictionsinattendues. e.g. rélationinitiation–réplication.Decouverte de nouveauxfonctions et erreurs dans lesparamètres.J.N. Sturgis (AMU) ENSBI3U1L Septembre 2018 12 / 14

Le cycle cellulaire

Le cycle cellulaire

Le Video


Les méthodes

SMBL : une langage pour la description d’un système

Un langage formelPermet le description desmodèles et leur analyze pardifferents méthodes.Echange d’information entreéquipes


Les méthodes

Conclusions : biologie des systèmes.

Une vision holistiqueIntégration de l’information de plusieurs sources.Permet la modélization du vivant et la decouvert des propriétésémergentesPermettra de “comprendre” le vivant ?


Introduction et définitionLes voies métaboliquesLes voies métaboliquesLes voies métaboliquesLes voies métaboliquesUn réseau de régulationLe cycle cellulaireLes méthodes

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