Vers un jumeau numérique du microbiote intestinal : une approche multidisciplinaire pour une compréhension approfondie de la composition, du fonctionnement et de l'interaction avec l'hôte.

Towards a digital twin of the gut microbiota: a multidisciplinary approach for an in-depth understanding of composition, function and interaction with the host.

• Auteur / Autrice : Eleonora Pastremoli
• Direction : Béatrice Laroche
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Mathématiques aux interfaces
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2023
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de mathématiques Hadamard (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : MaIAGE - Mathématiques et Informatique Appliquées du Génome à l'Environnement
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Dynenvie, Modélisation dynamique et statistique pour les écosystèmes, l'épidémiologie et l'agronomie
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Faculté des sciences d'Orsay

Mots clés

Mots clés libres

Modèles biomathématiques

Analyse numérique

Couplage multi-échelle

Écologie microbienne

Physiologie

Biomathematical models

Numerical analysis

Multiscale coupling

Microbial ecology

Physiology

Résumé

Le projet de thèse vise à interfacer plusieurs modèles in silico qui décrivent l'interaction hôte-microbiote à différentes échelles. Bien que les modèles développés concernent une variété de « modèles » vivants l'attention sera principalement portée à la souris et l'humain, pour qui de nombreuses données sont disponibles. À l'échelle microscopique, ces nouveaux développements impliqueront le couplage d'un modèle spatial distribué de mécanique des fluides du côlon avec un modèle de crypte, en simulant les interactions entre l'hôte et le microbiote. Ainsi, les effets générés à l'échelle microscopique influenceront le comportement des systèmes digestif et cardiovasculaire de l'hôte à l'échelle macroscopique. La modélisation de ces systèmes macroscopiques est cruciale pour pouvoir intégrer des données spécifiques à l'individu comme des entrées décrivant le régime alimentaireou des mesures biologiques, qui seront comparées avec les résultats de simulation du modèle.

The thesis project aims to interface multiple in silico models describing host-microbiota interaction at different scales. While the developed models encompass various living entities, the focus will primarily be on mice and humans due to the availability of extensive data. At the microscopic level, these novel advancements will involve coupling a spatially distributed model of colon fluid mechanics with a crypt model, simulating interactions between the host and the microbiota. Thus, effects generated at the microscopic scale will influence the behavior of the host's digestive and cardiovascular systems at the macroscopic scale. Modeling these macroscopic systems is crucial for integrating individual-specific data or biological measurements, which will be compared with simulation results from the model.