Conception de circuits biologiques distribués

Design of Distributed Biological Circuits

• Auteur / Autrice : Fabricio Cravo
• Direction : Janna Burman, Matthias Függer, Thomas Nowak
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 01/10/2024
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et technologies de l'information et de la communication (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire interdisciplinaire des sciences du numérique (Orsay, Essonne ; 2021-....) - Laboratoire Méthodes formelles (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2021-....)
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Université Paris-Saclay. Faculté des sciences d’Orsay (Essonne ; 2020-....)
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Informatique et sciences du numérique (2020-….)
• Jury : Président / Présidente : Yann Ponty
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jérôme Feret, Christian Scheideler, Camille Coron
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jérôme Feret, Christian Scheideler
• DOI : 10.70675/dccdb006z6bc5z4168zbf01z0da5a97efd81

Mots clés

Mots clés contrôlés

Systèmes biologiques

Biologie de synthèse

Algorithmes parallèles

Mots clés libres

Réseaux de réactions biochimiques

Biologie synthétique

Mathématiques appliquées

Biologie des systèmes

Calcul distribué

Distributions quasi-stationnaires

Biochemical Reaction Networks

Synthetic Biology

Applied Mathematics

Systems Biology

Distributed computing

Quasi-Stationary Distributions

Résumé

Les circuits biologiques souffrent souvent d'un bruit élevé et d'une charge cellulaire importante qui peut entraîner la mort des cellules. Dans cette thèse, nous explorons la conception de circuits biologiques distribués afin de présenter des solutions pour les calculs biologiques dans des environnements très bruyants. Nous avons d'abord conçu un nouveau langage orienté vers la conception de circuits distribués, résolvant les limitations des outils existants. Ensuite, nous avons présenté un algorithme distribué pour les circuits biologiques distribués qui coordonne une population de cellules pour trouver un analyte d'intérêt résistant au bruit. L'algorithme est plus sensible que les algorithmes de cellules individuelles actuels. Enfin, nous fournissons un nouvel algorithme pour valider l'algorithme précédent en utilisant des distributions quasi-stationnaires dans un modèle stochastique au lieu du modèle d'équation différentielle ordinaire déterministe que nous avions initialement utilisé.

Biological circuits often suffer from high noise and high cellular burden that can lead to cell death. In this thesis, we explore distributed biological circuit design to present solutions for biological computations in high-noise environments. We first designed a new language oriented to the distributed circuit design, solving the limitations of previously existing tools. Secondly, we presented a distributed algorithm for distributed biological circuits that coordinates a population of cells to find an analyte of interest resistant to noise. The algorithm is more sensitive than the state-of-the-art individual cell algorithms. Finally, we provide a new algorithm to validate the previous algorithm using quasi-stationary distributions in a stochastic model instead of our initially used deterministic ordinary differential equation model.