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Lettre d'information n° 15

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Coopération franco-chilienne en bio-informatique

Certains micro-organismes aident, de manière naturelle, à l’oxydation des minerais sulfurés. La maîtrise de ce phénomène biologique permet de concevoir des procédés industriels d’extraction de métaux. En créant une équipe associée à l'international, le Centre de modélisation mathématique (CMM-U du Chili) de Santiago et l'Inria Rennes - Bretagne Atlantique vont travailler ensemble pour mieux appréhender, d’un point de vue de la modélisation, les réseaux qui régulent certaines bactéries bio-minières. Rencontre avec Alejandro Maass, directeur du laboratoire chilien de bio-informatique et mathématique du génome au CMM.

Certains micro-organismes aident, de manière naturelle, à l’oxydation des minerais sulfurés. La maîtrise de ce phénomène biologique permet de concevoir des procédés industriels d’extraction de métaux. En créant une équipe associée à l'international, le Centre de modélisation mathématique (CMM-U du Chili)  de Santiago et l'Inria Rennes - Bretagne Atlantique vont travailler ensemble pour mieux appréhender, d’un point de vue de la modélisation,  les réseaux qui régulent certaines bactéries bio-minières. Rencontre avec Alejandro Maass, directeur du laboratoire chilien de bio-informatique et mathématique du génome au CMM.

 

Quel est le profil du Centre de modélisation mathématique de Santiago ?

Le CMM existe depuis un peu plus de 10 ans.  Il a été créé durant le premier programme de centres d'excellence regroupant, au Chili, des chercheurs universitaires sur des thématiques spécifiques. Nous avons présenté un projet pour un centre servant de pont entre la recherche fondamentale en mathématique et ses applications, et qui réponde aux problèmes de la société chilienne. Cela dans divers champs d'action : sciences sociales, sciences de la vie, sciences de l'ingénieur... Pour avancer dans des applications, le CMM est structuré en différents « laboratoires» de taille assez semblable aux équipes-projets de l'Inria.

Comment en êtes-vous arrivé à collaborer avec Symbiose, équipe de bio-informatique (1) à Rennes ?

Je travaille en recherche mathématique sur les systèmes dynamiques et la théorie ergodique (2). Il s'agit d'étudier l'évolution des systèmes avec une perspective probabiliste. C'est très lié aussi à la dynamique symbolique (3), qui étudie l’évolution de systèmes discrétisés. Voilà pour la partie théorique. Progressivement, depuis une dizaine d’années, nous avons été amenés à collaborer dans des aspects de modélisation avec des biologistes et des spécialistes en biotechnologie, à nous intéresser à l'interface entre mathématiques et biologie.

D'où l'idée de créer un laboratoire au sein du CMM ?

Oui. Le Laboratoire de bio-informatique et de mathématique du génome. Il a été fondé il y a sept ans. Il s'agissait de contribuer à résoudre les problèmes locaux. En particulier, aider (sur les aspects de modélisation et d'analyse de données) le programme biotechnologique en biolixiviation (4) du cuivre issu de l’initiative Genome-Chili.

De quoi s'agit-il ?

Que ce soit dans le désert d'Atacama ou au fond de la mer en face de Roscoff, il existe des formes de vie bizarre qui, à des moments donnés, ont évolué pour survivre. Dans les mines, c'est pareil. Il y a plus de 50 ans, des chimistes et des biologistes se sont rendus compte que des bactéries aident au processus de transformation de la roche en cuivre.

Et elles intéressent la filière minière.

Oui. Il y a 8 ans, le Chili a lancé un programme génomique. Un des aspects a concerné la création de Biosigma, une entreprise biotechnologique qui entreprend un gros projet de recherche en biolixiviation. Leur objectif n'est pas de se limiter à la recherche fondamentale sur la relation bactéries-minéraux, mais de rapprocher cette recherche le plus possible de la production, donc de la mine. Bâtir ce pont est long, très cher, complexe et cela requiert beaucoup d'ingénierie. Voilà pour l'ambition.

Dans le cadre d'un appel d'offres, nous avons donc monté notre laboratoire de bio-informatique pour aider cette filière minière à effectuer les analyses in silico de l'information génomique. Avant d'y répondre, nous avons visité divers centres de recherche en France. Nous avons rencontré des chercheurs à Paris, Dijon, Lyon, Grenoble, Marseille. Nous souhaitions créer un laboratoire qui puisse suivre l’expérience émergeant en France et la transposer en tenant compte des contraintes chiliennes.

Certains chercheurs ont des parcours communs.

Oui. C'est un autre lien. Anne Siegel et moi-même avons réalisé notre thèse dans la même équipe, à l'Institut de Mathématiques de Luminy, à Marseille. Nous partageons le même background mathématique. Ovidiu Radulescu et Jérémie Bourdon, qui ont été en délégation Inria dans l'équipe-projet Symbiose, ont une culture similaire. Pour des raisons différentes, chacun de notre côté, nous sommes arrivés à interagir avec des biologistes et du fait de cette formation commune, nous nous comprenons très bien.

Et maintenant une équipe associée(5) : IntegrativeBioChile.

Le projet d'équipe associée avec Symbiose, à Rennes, marque cette étape de rapprochement qui se traduit par un programme de collaboration de nos équipes financé par l'Inria et le Conicyt (conseil chilien pour la science et la technologie). Ce dispositif facilite déjà des visites de chercheurs, chaque année.

Quelle complémentarité percevez-vous entre les deux équipes ?

Rennes possède une très forte expertise dans le développement d'outils bioinformatiques. De notre côté, nous avons une partie très appliquée, très concrète et beaucoup plus heuristique. Les thématiques développées par Symbiose coïncident bien avec les types d'applications que nous explorons. Il y a une intersection importante. Pas seulement sur les systèmes biologiques avec Anne Siegel. D'autres chercheurs de  Symbiose développent aussi des thématiques qui nous intéressent : calcul haute performance, séquençage, assemblage de génomes, identification des systèmes complexes... Ces dernières années, nous avons développé des approches complémentaires sur ces sujets.

Qu'attendez-vous de cette équipe associée ?

C'est très important pour densifier notre collaboration. Faire venir nos ingénieurs. Recevoir des chercheurs français chez nous. Se lancer sur des développements d'outils bioinformatiques. Nous voulons aussi être performants dans l'analyse des données provenant de processus biologiques au-delà des organismes modèles. C'est là aussi que se situe l'impact de la recherche en bio-informatique.

Quel objectif fixez-vous à cette équipe ?

Un premier objectif très concret est d’utiliser et faire évoluer nos méthodes  et celles développées par Symbiose pour contribuer à la formulation des réseaux de régulation des bactéries bio-minières. Être capables, d'ici deux ou trois ans, de produire sur ces données concernant certaines bactéries du cuivre (et je pourrais élargir en disant les bactéries sauvages ou les systèmes inconnus), des résultats sur la régulation transcriptomique (6). Nous souhaitons, dans le futur, être capables de traiter toutes ces données singulières auxquelles, au Chili, notre laboratoire a un accès privilégié : bactéries extrêmophiles (7), échantillons méta-génomiques du désert... Voilà l'objectif. Nous cherchons aussi à diffuser ces outils bio-informatiques. Au fil des visites, nous sommes parvenus à formuler un plan de travail où nos caractéristiques respectives se rapprochent bien. Il y a des perspectives méthodologiques : mélanger nos expertises plus probabilistes avec les expertises plus informatiques de Symbiose pour essayer de faire évoluer les outils créés à Rennes et Santiago, voire en imaginer d'autres.



Notes :
(1) Symbiose est une équipe-projet Inria commune avec le CNRS, et l'université de Rennes 1.
(2) Une théorie mathématique formulée par le physicien Ludwig Boltzmann en 1871 quand il travaillait sur la cinétique des gaz.
(3) En mathématiques, une branche de l'étude des systèmes dynamiques.
(4) Certains micro-organismes accélèrent naturellement l’oxydation des minerais sulfurés par l’oxygène de l’air. Cette catalyse naturelle est exploitable par des procédés industriels.
(5) Le programme des "équipes associées" vise à renforcer le potentiel scientifique de l'institut par le développement de collaborations entre des équipes-projet INRIA et des équipes de recherche de haut niveau issues du monde entier.
(6) L'étude des ARN messagers produits lors du processus de transcription d'un génome.
(7) Un organisme qui survit dans des conditions habituellement mortelles pour les autres organismes : températures extrêmes, milieux acides...