Modélisation par contraintes des systèmes métaboliques : applications in silico, in vivo et in situ

La modélisation par contraintes des systèmes biologiques est la source d'applications de méthodologies informatiques de pointe. Elle est également source de nouvelles questions pour les sciences formelles pouvant mener à de nouveaux développements théoriques. Je propose d'illustrer ce point de vue avec la présentation d'une modélisation développée en collaboration avec l'équipe d'Alexander Bockmayr (Freie Universität Berlin), basée sur l'analyse de contraintes métaboliques. Le réseau métabolique est un système de contraintes biochimiques et stoechiométriques. A l'équilibre de flux, l'ensemble des solutions du système de contraintes représente un cône : le cône des flux métaboliques. Notre approche de modélisation formalise ce cône des flux par ses faces minimales propres. Chaque face est associée à un comportement métabolique minimal (Minimal Metabolic Behavior).
D'un point de vue formelle, cette description est (i) plus compacte que les analyses métaboliques standards, telles que les modes élémentaires ou les voies extrêmes, et (ii) permet une abstraction des différentes propriétés biologiques telles que la robustesse d'un système biologique. Cette formalisation permet de raisonner sur un système métabolique et notamment de formuler des hypothèses quant à l'impact de nouvelles contraintes environnementales sur le comportement métabolique. Cette méthodologie est dans un premier temps validée sur le modèle in vivo de référence (l'érythrocyte) pour permettre ensuite une démarche plus exploratoire sur le métabolisme in situ de l'azote bactérien correspondant aux données de microarrays à disposition.