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Simulations, modélisations

  • L’ingénierie génétique qui suit les lois de l’électricité

    Le Laboratoire des Systèmes Complexes de l’Université Pompeu Fabra (Barcelone) a développé et validé expérimentalement un modèle mathématique prédisant la charge supplémentaire de travail provoquée par l’expression génétique d’un gène lors de son introduction au sein d’un organisme. De façon surprenante, la formule mathématique obtenue est équivalente à la loi d’Ohm, qui détermine la tension d’un circuit électrique.

    Peut-on prédire le comportement d’un organisme vivant par l’état de ses gènes et de ses protéines de la même manière qui nous prédisons celui d’une machine par ses composants ? Cette interrogation est considérée comme fondamentale pour de nombreux experts de la biologie synthétique, discipline consistant à utiliser les techniques d’ingénierie pour concevoir de nouveaux organismes génétiquement modifiés. Les scientifiques du Laboratoire des Systèmes Complexes du Département des Sciences Expérimentales et de la Santé de Barcelone (DCEXS) ont développé un modèle mathématique prédisant l’expression génétique d’un organisme, se rapprochant de manière surprenante des lois régissant les circuits électriques, et loin de suivre une logique qui s’appuierait sur les particularités de la biologie.

     

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    L’équipe du Laboratoire des Systèmes Complexes du Département des Sciences Expérimentales et de la Santé de Barcelone (DCEXS) / Université Pompeu Fabra

    L’ingénierie génétique, une réalité

    La biologie synthétique vise à améliorer les fonctions des organismes en leur attribuant des capacités à l’origine inexistantes. Elle est utilisée notamment dans le cadre de projets comme la lutte contre le paludisme ou la génération de nouvelles sources d’énergie d’origine biologique. Ces changements dans l’organisme sont rendus possibles grâce à l’ingénierie génétique, qui permet l’ajout de gènes provenant d’autres espèces au sein d’un organisme. La biologie synthétique, elle, cherche à introduire non seulement de nouveaux gènes mais également les instructions nécessaires qui déterminent si le corps doit ou ne doit pas remplir une fonction en particulier.
    Cependant, l’introduction d’un gène dans l’ADN d’une cellule génère un stress cellulaire, provoquant une charge supplémentaire pour l’expression génétique de la cellule et affectant son métabolisme. Cette charge rend impossible la prédiction du comportement d’un circuit génétique entier via une simple caractérisation individuelle des gènes le composant, et représente une des principales limitations de la biologie synthétique.
    L’expression génétique d’une cellule dépend des ressources dont elle dispose, de sorte que si la demande d’expression génétique augmente (ce qui est le cas lors de l’ajout d’un nouveau gène) et les ressources cellulaires restent constantes, le résultat final de l’expression sera altéré. De la même manière que la lumière d’une ampoule peut varier lors de la connexion d’un appareil électrique d’une certaine puissance (un radiateur par exemple), l’ajout d’un gène peut affecter l’expression d’un autre au sein d’un organisme vivant.

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  • Ma thèse en 180 s de Perrine Berment : Modélisation mathématique de tumeurs cérébrales

    Perrine Berment est doctorante en mathématiques à l’université de Bordeaux. Parmi les 5 lauréats de la finale de l'université de Bordeaux, elle participe à la finale régionale de MT180s le mardi 26 avril.
    Son laboratoire : Institut de mathématiques de Bordeaux (unité CNRS et université de Bordeaux)
    Son sujet de thèse : Modélisation mathématique de tumeurs cérébrales de bas grade et assimilation de données cliniques d'imagerie.

     

  • Une avancée sur la compréhension mathématique des équations d'Einstein

    Énoncée il y a quinze ans, la conjecture de courbure L2 a enfin été démontrée par un groupe de trois chercheurs du laboratoire Jacques-Louis Lions (CNRS/UPMC/Université Paris Diderot) et de l’université de Princeton. Elle fournit un cadre potentiellement minimal dans lequel il est possible de résoudre les équations d’Einstein. Cela pourrait être une étape cruciale vers la démonstration de conjectures majeures, comme les conjectures de censures cosmiques de Penrose. Ce travail a été publié le 14 octobre 2015 dans la revue Inventiones Mathematicae.

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  • Pourquoi l'atmosphère du Soleil est beaucoup plus chaude que sa surface ?

    La surface solaire et son champ magnétique majoritairement « poivre et sel », en dehors des régions des grandes taches solaires, à partir des données du satellite SDO de la NASA

    © Tahar Amari / Centre de physique théorique et S. Habbal / M. Druckmüller.

     

    Comment la température de l'atmosphère du Soleil peut-elle atteindre jusqu'à un million de degrés, alors que celle de la surface de l'étoile est d'environ 6000°C ? En simulant l'évolution d'une partie de l'intérieur et de l'extérieur du Soleil, des chercheurs du Centre de physique théorique (CNRS/École polytechnique) et du laboratoire Astrophysique, instrumentation-modélisation (CNRS/CEA/Université Paris Diderot) ont identifié les mécanismes apportant l'énergie capable de chauffer l'atmosphère solaire. Une couche située sous la surface du Soleil, qui se comporte comme une casserole en ébullition, créerait un champ magnétique à petite échelle comme réserve d'énergie qui, une fois sorti de l'étoile, chaufferait les couches successives de l'atmosphère solaire via des réseaux de racines et de branches magnétiques1, telle une mangrove. Ce chauffage de l'atmosphère, impliqué dans la création du vent solaire qui remplit l'héliosphère, concernerait de nombreuses autres étoiles. Ce résultat parait dans la revue Nature du 11 juin 2015.

     

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  • Au début c'était les abeilles... puis il y eu les pesticides

    L'exposition à des doses très faibles de certains pesticides – dits néonicotinoïdes – peut conduire les colonies d'insectes sociaux au déclin. Les travaux conduits par John Bryden (Royal Holloway University of London,Royaume-Uni) et publiés dans l'édition de décembre de la revue Ecology Letters s'ajoutent à d'autres, menés ces dernières années, qui montrent que les effets de pesticides systémiques (utilisés en enrobage de semences ou en traitement des sols) peuvent se manifester de manière "sub-létale" : ils peuvent provoquer l'effondrement de colonies sans avoir d'effet mortel aigu sur chacun des insectes du groupe. 

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    Abeille

    Photo sur Flickr : Christian Salès