Thèse soutenue

La logique et le vivant : les formalismes de représentation des connaissances en biologie

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Auteur / Autrice : Simone Bentolila
Direction : Maxime Crochemore
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Informatique
Date : Soutenance en 2002
Etablissement(s) : Marne-la-Vallée

Mots clés

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Résumé

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La question de la modélisation des connaissances en biologie se pose de manière aiguë. Maintenant que le génome humain est séquencé et la modélisation de la logique de reconnaissance des gènes bien avancée, se pose la question de la logique des mécanismes de régulation et de la circulation de l'information par interactions protéiques au sein de la cellule, entre les cellules d'un même tissu puis au niveau de l'organisme. En effet les mécanismes de régulation privilégient une voie, un chemin dans un graphe des réactions possibles et toutes probables, mais la voie dans laquelle la cellule s'engage est activée par les protéines régulatrices et/ou l'environnement. La base de données ADN contient la matrice pour la traduction des gènes en protéines, le « comment faire » basé sur le code génétique, mais les mécanismes de régulation indiquent « quoi faire » dans un environnement cellulaire et tissulaire donné à l'aide de notions algorithmiques d'alternative et de récursion. La grammaire que nous présentons est une modélisation des mécanismes de régulation de l'expression des gènes qui considère deux types d'objets : les unités transcriptionnelles sur l'ADN et les protéines synthétisées et autres molécules régulatrices et ligands. Cette algèbre moléculaire décrit la succession des opérations pour les quatre systèmes de régulation : par activation ou par répression, chacun pouvant être modulé par un co-facteur positif ou négatif. L'objet de la simulation est l'observation de la cellule dans un état donné, et pour un processus donné qui implique une cascade de gènes, les exemples d'algorithmes biologiques testés combinent plusieurs types de régulation : opéron lactose, régulation de la méthallothionéine, catabolisme du galactose chez la levure, opéron tryptophane, passage de la phase lysogénique à la phase lytique chez le phage. Ce modèle à été étendu aux voies de communications inter-cellulaires, ainsi qu'aux mécanismes de régulations des voies métaboliques, nous présentons deux exemples d'algorithmes biologiques à l'échelle d'un organisme : une description simplifiée de la réponse immunitaire et le métabolisme du glycogène dans le foie. La démonstration a été faite récemment par les expériences de « re-programmation » du noyau par le cytoplasme d'une autre cellule, cellule souche ou ovule arrivé à maturité, à des fins thérapeutiques ou de clonage : les deux concepts clés de cette re-programmation sont l'algèbre moléculaire des mécanismes de régulation et la mémoire « vive » de la cellule où se déroule les processus biologiques vitaux