Journée de réflexion et d’échanges scientifiques sur la biologie des systèmes

La biologie des systèmes, est une approche en émergence au sein du département Santé des plantes et environnement (SPE) de l’Inra, notamment en relation avec la collecte de données à haut débit et leur valorisation. Décrypter la complexité des systèmes biologiques (réseau métabolique, réseau de gènes, un organe, un  individu) est bien l'enjeu de ce type de biologie, la modélisation jouant naturellement un rôle important dans ces approches. Partie intégrante du domaine de la biologie prédictive, la biologie des systèmes se positionne comme un champ prioritaire pour l’Inra. C’est dans ce contexte que le département SPE a organisé le 11 mars sur le centre Inra Toulouse Midi-Pyrénées une journée de réflexion et d’échanges scientifiques sur ce thème.

. © Inra, Stéphane GENIN
Mis à jour le 31/03/2016
Publié le 24/03/2016

La biologie des systèmes : des travaux en émergence au département SPE

Le séminaire scientifique organisé le 11 mars à Toulouse a rassemblé une cinquantaine de participants, essentiellement des chercheurs. Il s’est focalisé sur les travaux les plus récents, parfois exploratoires, dans le domaine des interactions plantes-microorganismes via des approches de biologie des systèmes, et ce,  à l'échelle infra-organisme.

Une conférence introductive de  Matthieu Jules (MICALIS, Inra Jouy-en-Josas) sur le métabolisme central carboné de Bacillus subtilis, ses régulations, et sur le fonctionnement intégré des processus cellulaires majeurs (transcription et traduction) grâce à des approches systémiques et de modélisation mathématique, a permis d’introduire les concepts majeurs de cette biologie. Elle a fait apparaître également la force de ces approches pour la conception de stratégies de biologie synthétique. Ensuite, deux exemples de travaux pionniers dans ce domaine ont été présentés.  Le premier par Hubert Charles (BF2I, Inra Lyon) pour la biologie systémique de la symbiose : de la génomique des partenaires à la physiologie des interactions ; le second par  Stéphane Genin (LIPM, Inra Toulouse) sur la  re-programmation métabolique et la virulence chez Ralstonia solanacearum. Enfin, une série de travaux plus exploratoires ont été présentés par plusieurs chercheurs, sur des modèles variés (espèces bactériennes, pucerons, champignons pathogènes, virus en interaction avec des partenaires végétaux divers, et la plante hôte). Les travaux originaux de Sylvain Raffaele (LIPM, Inra Toulouse) sur la spécialisation cellulaire d’un champignon pathogène Sclerotinia sclerotiorum au cours de la colonisation de l’hôte ont notamment illustré la richesse de telles approches, en associant ici modélisation métabolique et biophysique. Des outils bioinformatiques et de modélisation ont également été présentés, outils essentiels à ce type d’approche.

 

Biologie des systèmes ou biologie systémique ?

Une réflexion collective a ensuite été conduite sur la définition et les enjeux de la biologie des systèmes, ainsi que sur les besoins futurs en termes de dispositifs, formations, échanges du département pour promouvoir la biologie des systèmes.

Il est apparu d’abord que le terme de « biologie des systèmes » peut s’entendre sous deux sens différents, sans être cependant exclusifs : soit en tant que modélisation mathématique de systèmes biologiques complexes, soit en tant qu’approche visant à une intégration de données complexes  commençant avec l'étude du génome, transcriptome, épigénome, protéome, métabolome (l’ensemble des omiques) d'un organisme, pour comprendre le fonctionnement d’un système biologique. L’objectif est donc d’aborder les systèmes biologiques dans leur globalité pour en comprendre le fonctionnement dans toute sa complexité. Cette complexité résulte de l'extrême hétérogénéité des composantes impliquées, mais également de la nature dynamique et spatiale des interactions entre ces composantes.  Le terme de « biologie systémique » a de ce fait été proposé de préférence à celui de « biologie des systèmes » car reflétant mieux l’ensemble des approches « intégratives » présentées au cours de cette journée. Un autre point majeur est que cette intégration de données n’est que le point de départ aux approches de biologie systémique, impliquant par la suite des approches de modélisation puis la validation expérimentale des modèles proposés, générant un « cercle vertueux » entre modélisation et analyse biologique. La question du ciblage de ces approches sur un organisme versus une interaction entre organismes, a également été posée.

 

Promouvoir la biologie des systèmes en créant le lien biologie-biomathématique

En termes de stratégie à déployer à l’échelle du département SPE (mais naturellement plus largement à l’échelle de l’Inra et au plan national) afin de promouvoir ces approches dans les équipes de recherche,  la nécessité d’établir des liens biologistes-biomathématiciens, est clairement apparue prioritaire au cours de ce séminaire. Une animation scientifique, de même que la formation de groupes de réflexion (conduisant par exemple à la génération de « position papers ») est une priorité à soutenir et à mettre en place suite à cette journée de réflexion.

Contact(s)
Contact(s) scientifique(s) :

  • Dominique ROBY UMR0441 LIPM Laboratoire des Interactions Plantes Micro organismes, centre Inra Toulouse Midi Pyrénées

A propos de

Programme de la journée du 11 mars 2016 à l'Inra Toulouse Midi-Pyrénées
  • 09h30-09h40 : Introduction de la journée
  • 09h40-10h15 : Conférence introductive, Matthieu Jules (INRA Jouy-en-Josas) - "From Bacillus subtilis gene expression decomposition to Synthetic Biology" 
  • 10h15-10h45 : Hubert Charles "Biologie systémique de la symbiose : de la génomique des partenaires à la physiologie des interactions" 
  • 10h45-11h15 : Stéphane Genin "Re-programmation métabolique et virulence chez Ralstonia solanacearum
  • 11h15 -11h40 : Pause
  • 11h40-12h25 : Présentations courtes 
    • Xavier Nesme "PhenAncestr, un projet visant à comprendre les adaptations écologiques spécifiques des espèces bactériennes par la reconstruction des génomes, phénomes et réseaux métaboliques ancestraux"
    • Gaël Le Trionnaire "Approches de génomique intégrative centrées autour de la compréhension des mécanismes qui régulent la plasticité du mode de reproduction chez les pucerons"
    • Sylvain Raffaele "Host colonization triggers intercellular division of labor in the fungal pathogen Sclerotinia sclerotiorum"
  • 12h30-14h00 : Déjeuner
  • 14h00-15h00 : Suite des présentations courtes
    • Stefano Colella "Looking for systemic responses to environmental constraints in the symbiotic plant: moving from genomic to systems biology"
    • Jérôme Salse "System biology: a comparative genomics approach"
    • Fabrice Legeai "AskOmics, une application bioinformatique pour l’intégration et la consultation de données omiques"
    • Guillaume Cambray "High-throughput design and characterization of synthetic sequences: from translation efficiency to viral capsids"
  • 15h00-16h30 : Discussion générale