Méthodologie et outils bioinformatiques d'aide à la conception de systèmes biologiques synthétiques pour de nouveaux diagnostics en santé humaine

par Stéphanie Rialle

Thèse de doctorat en Informatique

Sous la direction de Franck Molina.

Le président du jury était Christian Le Peuch.

Le jury était composé de Franck Molina, Christian Le Peuch, Arndt Benecke, Samuel Bottani.

Les rapporteurs étaient Jean-Loup Faulon, Guy Melancon.


  • Résumé

    La biologie synthétique est une discipline en pleine expansion visant à concevoir et construire des systèmes biologiques possédant des fonctions qui n'existent pas dans la nature. Elle se fonde sur des principes d'ingénierie pour rationnaliser la conception de tels systèmes. Le projet CompuBioTic a pour objectif le développement d'un nouveau type de diagnostic du cancer colorectal, se fondant sur une approche de biologie synthétique. Un choix stratégique a été fait et consiste à vouloir développer un système non vivant, ne nécessitant pas de cellule hôte et fondé sur l'utilisation de réseaux protéiques plutôt que génétiques. Très peu de méthodologies et d'outils ont été développés pour faciliter la conception de ce type de système. Cette thèse propose une méthodologie en trois points : conception, simulation et validation expérimentale ainsi que deux outils bioinformatiques, développés pour aider à la conception de réseaux biochimiques synthétiques. Tout d'abord, CompuBioTicDB est une base de données qui regroupe et annote des dispositifs fonctionnels et des molécules réalisant des processus (protéines et petites molécules) pouvant être exploités dans un contexte de biologie synthétique. Deuxièmement, BioNetCAD est un outil permettant de concevoir un réseau biochimique composé de molécules réelles à partir d'un réseau abstrait. BioNetCAD facilite également la simulation spatio-temporelle du système conçu grâce à un lien vers le logiciel HSim. Des portes logiques moléculaires et un dispositif de détection du glucose ont ainsi été conçus, modélisés et validés expérimentalement. Les principes d'un système pour le diagnostic du cancer colorectal sont également proposés.

  • Titre traduit

    Methodology and bioinformatics tools to design synthetic biological systems for new human health diagnosis


  • Résumé

    Synthetic biology is a growing discipline which aims to design and construct biological systems with functions that do not exist in nature. It is based on engineering principles to rationalize the design such systems. The CompuBioTic project aims at the development of a new system for the diagnosis of the colorectal cancer, based on a synthetic biology approach. A strategic choice has been done and consists in wanting to develop a non-living system, which does not require a host cell and which is based on the use of protein rather than genetic networks. Very few methodologies and tools have been developed to facilitate the design of such systems. This thesis proposes a methodology in three steps: design, simulation and experimental validation, as well as two bioinformatics tools, developed to assist the design of synthetic biochemical networks. Firstly, CompuBioTicDB is a database that registers and annotates functional devices and molecules carrying processes (proteins and small molecules) that can be exploited in a context of synthetic biology. Secondly, BioNetCAD is a tool for designing a biochemical network composed of real molecules from an abstract network. BioNetCAD also facilitates spatiotemporal simulation of the designed system with a link to the HSim software. Molecular logic gates and a device for detecting glucose have been designed, modeled and then validated experimentally. The principles of a system for the diagnosis of colorectal cancer are also proposed.


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