L'Agence nationale de la recherche Des projets pour la science

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  • EXPLABIO Les explications dans la biologie de l'évolution

    L'espace des explications en biologie évolutionnaire
    EXPLABIO vise à étudier les modalités de l’explication dans la biologie de l’évolution, afin d’évaluer les tentatives récentes d’étendre ou de réviser son cadre classique. Nous partons de l’idée que les avancées récentes en écologie, biologie moléculaire et théorie évolutionnaire du développement (Evo-devo) sont caractérisées par de nouvelles structures et caractéristiques explicatives, qui requièrent une nouvelle compréhension de la nature explicative de la biologie de l’évolution.

    Axes d'investigation et leur jiustification
    Pour les évolutionnistes l’espace des explications est structuré selon deux axes- les deux questions : « comment procède la sélection ? » et « pourquoi y a-t-il sélection ? » ; le troisième concerne la nature mécanistique ou topologique des explications – « topologique » signifiant ici le caractère explicatif d’un ensemble de propriétés d’une structure abstraite associée au système. EXPLABIO reconstruira cet espace en détails, via quatre tâches interconnectées : examiner les explananda de la sélection naturelle en tant qu’explication au niveau populationnel ; explorer les modalités de l’explication topologique à différents niveaux et leur articulation aux explications mécanistiques ; questionner le statut des processus neutres et des réseaux neutres en tant qu’outils explicatifs généralisés en écologie (i.e. théorie neutre de l’écologie, de Hubbell) et en évolution (i.e. théorie neutraliste de l’évolution moléculaire de Kimura), et par là interroger le statut explicatif de la neutralité et du hasard ; finalement, aborder le rôle que jouent les couplages et des découplages entre échelles d’espace-temps dans la définition des explananda et le choix des modèles.
    Pour la biologie, le résultat global consistera en des indications sur les complémentarités et les antagonismes existant entre des théories rivales et leurs méthodologies ; pour la philosophie, ce sera une compréhension plus claire des rôles que jouent dans la biologie en général la stochasticité et le déterminisme, le niveau populationnel et le niveau individuel, et finalement la séparation d’échelle.
    Ces tâches seront réalisées successivement, usant d’outils mathématiques pour définir les conditions de validité des types d’explication, et de données empiriques (comme des données sur les réseaux de gènes régulateurs d’un type cellulaire donné, ou bien sur deux communautés écologiques comparables au même niveau trophique) afin de vérifier la satisfaction de ces conditions pour des systèmes spécifiques.



  • TaMaDi Dilemme du Fabricant de Tables

    TaMaDi: Le Dilemme du Fabricant de Tables
    Résoudre le Dilemme du Fabricant de Tables pour obtenir des fonctions plus précises.

    Objectifs généraux du projet
    En arithmétique virgule flottante (VF), avoir des opérations complètement spécifiées est une exigence-clé, si on veut développer du logiciel portable au comportement prévisible. Depuis 1985, les quatre opérations arithmétiques sont spécifiées (elles doivent être correctement arrondies: le système doit renvoyer le nombre VF le plus proche du résultat exact). Ce n'est pas tout-à-fait le cas pour les fonctions mathématiques de base : la même fonction pourra renvoyer des résultats significativement différents suivant l'environnement, avec 2 conséquences pour les logiciels utilisant ces fonctions:
    • il est presque impossible d'estimer leur précision,
    • leur portabilité est délicate à garantir.
    Ce manque de spécification est dû à un problème appelé le Dilemme du fabricant de tables. Pour calculer f(x) dans un format donné, on calcule une approximation de f(x) dans un plus grand format, qu'on arrondit au nombre VF le plus proche. Le problème est: quelle doit être la précision de l'approximation pour que le résultat obtenu soit toujours égal à f(x) arrondi au plus proche nombre VF? Pour résoudre ce problème, on doit déterminer, pour chaque format et fonction considérés quel est le point le plus dur à arrondir (HR-point), i.e., le nombre VF tel que f(x) est le plus proche du milieu de 2 nombres VF consécutifs. La manière naïve de résoudre ce problème (recherche exhaustive) est impraticable. Ce projet visait à fournir:
    • pour les formats et fonctions les plus courants, des tables de HR-points, avec des preuves de leur correction,
    • du code open-source permettant de trouver les HR-points pour d'autres formats et fonctions.

    Obtenir ces points permet de construire des bibliothèques de fonctions très efficaces, permettant une spécification complète des fonctions usuelles en arithmétique VF, avec des conséquences à terme sur la portabilité et la qualité des logiciels numériques.



  • COAGO Site co-agoniste des récepteurs NMDA: de la dynamique synaptique à des mécanismes de signalisation nouveaux

    Modulation du site glycine des récepteurs NMDA
    Les récepteurs NMDA du glutamate sont au cœur des processus cognitifs de notre cerveau comme l’apprentissage, la mémoire et ils sont aussi impliqués dans de nombreuses maladies neurodégénératives. Le projet COAGO vise à identifier la nature du coagoniste endogène et son implication dans le fonctionnement des récepteurs NMDA.

    Réguler les récepteurs NMDA pour soigner les maladies neurodégénératives
    Les maladies neurodégénératives comme la maladie d’Alzheimer ou de Parkinson sont associées à des déficits cognitifs prononcés reflétant des dysfonctionnements majeurs de la transmission de l‘information dans le cerveau. Cette transmission de l’information se fait au niveau de structure spécialisée appelées synapses qui possèdent la capacité d’être plastiques, c’est-à-dire de pouvoir adapter leur fonction au grès des modifications de leurs environnement et de l’activité neuronale. Ce phénomène repose sur un type de récepteur du glutamate bien particulier, les récepteurs NMDA. Afin de mieux appréhender les désordres cognitifs associés aux maladies neurodégénératives, il est donc essentiel de mieux comprendre le mode opératoire des récepteurs NMDA. C’est ce que nous proposons de faire avec le projet COAGO qui vise à disséquer la régulation des récepteurs NMDA par leur coagoniste endogène qui peut être soit la glycine, soit la D-sérine.



  • AUTOFERM Maîtrise de la méthanisation en humide à la ferme

    Autoferm ou comment piloter son méthaniseur à la ferme
    Développer la conduite de la méthanisation à la ferme en limitant les dysfonctionnements

    Enjeux et objectifs
    Dans le cadre du plan Energie Méthanisation Autonomie Azote, le Ministère de l’Agriculture a prévu d’accompagner la création d’environ 1000 méthaniseurs à la ferme d’ici 2020. Outre le retour financier de cet équipement, le porteur d’un projet de méthanisation cherche à investir dans des systèmes fiables, peu sujets aux dysfonctionnements. Dans ce contexte Autoferm a pour objectifs de proposer des stratégies de pilotage d’installations réelles grâce à des logiciels de suivi intelligents alimentés par des capteurs physiques, par des techniques innovantes de filtrage numérique et par des modèles de connaissance. Une des originalités du projet concerne la taille des installations étudiées : du pilote de 1 m3 au méthaniseur agricole de 500 m3, rendant les résultats obtenus directement utilisables à l’échelle « industrielle ».
    Concernant plus spécifiquement l’approche « capteurs », un état des lieux doit établir les capteurs utilisables à grande échelle et amenant une information pertinente ; une exploration de capteurs innovants sera également menée sur le problème spécifique des acides gras volatils en phase gazeuse.
    Comme décrit plus haut, Autoferm a pour vocation de fournir aux constructeurs de méthaniseurs ou aux exploitants d’unités de méthanisation des clefs de pilotage et doit contribuer au développement de cette technologie sur les territoires ruraux.



  • REVE REduction soutenable de la pauVreté Energétique

    Penser en amont la réduction de la pauvreté énergétique afin qu'elle soit compatible avec des objectifs de soutenabilité
    Nous mobilisons différentes méthodologies pour tenir compte des nombreux aspects de la vulnérabilité énergétique, mettre en évidence les principaux mécanismes impliqués, et fournir des recommandations de politique énergétique.

    Identifier les stratégies de réduction de la pauvreté les plus respectueuses de l’environnement.
    Notre programme de recherche consiste à étudier comment réduire la pauvreté énergétique de façon soutenable c’est à dire sans détériorer l’environnement En l’absence de politiques dédiées, la combinaison de la croissance de la population mondiale brute et de la production mondiale brute conduit à des projections pour les émissions et la concentration de CO2 qui atteignent des niveaux excédant largement les recommandations du GIEC (Groupe d'Experts Intergouvernemental sur l'Evolution du Climat). Par ailleurs, le 24 mars 2014 l’OMS rapportait qu’en 2012, près de 7 millions de personnes étaient mortes à cause d’une exposition à la pollution atmosphérique ; cela confirme que la pollution atmosphérique est maintenant le plus grand risque environnemental isolé pour la santé. L’objectif de réduction soutenable de la pauvreté énergétique sera envisagé dans les pays en développement comme dans les pays développés. Nous avançons que les stratégies pour réduire la pauvreté énergétique diffèrent par leurs effets sur l’environnement et proposons donc d’identifier les stratégies qui réconcilient le mieux la réduction de la pauvreté énergétique avec le développement humain et les objectifs environnementaux.



  • TecItEasy Effets conjugués de l’expansion des plantations d’arbres et du changement climatique sur le fonctionnement hydro-sédimentaire des bassins versants tropicaux de montagne: la diversité microbienne aquatique comme un proxy de la conversion d’usage des terres

    Diversité microbienne aquatique: indicateur de santé des agro-écosystèmes en conversion
    Effets conjugués de l’expansion des plantations d’arbres et du changement climatique sur le fonctionnement hydro-sédimentaire des bassins versants tropicaux de montagne: la diversité microbienne aquatique comme un proxy de la conversion d’usage des terres.

    Plantations d’arbres et changement climatique: réponse hydro-sédimentaires des agro-écosystèmes.
    L'expansion mondiale des plantations monospécifiques entraîne une simplification rapide de la mosaïque paysagère, et est soupçonnée d’accélérer la dégradation de l’environnement (sols, ressources en eau, érosion de la diversité fonctionnelle microbienne). Dans de nombreux bassins versants tropicaux, les effets conjugués des pressions économiques, démographiques et climatiques devraient aggraver les externalités indésirables de cette conversion des terres non maîtrisée.

    TecItEasy est un projet exploratoire de 3 ans dont l'originalité repose sur (i) la collecte simultanée de données sur l’usage des terres et les pratiques agricoles/forestières, hydrologiques, géochimiques et microbiologiques, dans un bassin versant de moyenne montagne du réseau SOERE-RBV situé au nord du Laos, (ii) l'analyse et l’intégration de ces données au moyen d’approches cartographiques et de modélisation, et (iii) la traduction des résultats en recommandations pratiques pour la gestion raisonnée des terres.

    Le projet vise à clarifier 1) la réponse hydro-sédimentaire d'un bassin versant en cours de conversion cultures annuelles/jachères - plantations pérennes, 2) les types de mosaïques paysagères susceptibles d’optimiser conjointement productivité et durabilité, 3) si une typologie des assemblages bactériens aquatiques peut servir d'indicateur de la santé des agro-écosystèmes et de leurs dynamiques.



  • MiGenIs Recherche de nouveaux gènes du métabolisme secondaire par exploration d’ilots génomiques

    Recherche de nouveaux gènes du métabolisme secondaire par exploration d’îlots génomiques
    Les métabolites secondaires, appelés aussi métabolites spécialisés, (MS) microbiens représentent une source importante de molécules bioactives utilisées dans le domaine de la santé. Partant de l’observation que de nombreux gènes dirigeant la biosynthèse de MS sont localisés dans des îlots génomiques, nous développons une nouvelle approche afin de faciliter la détection d’îlots génomiques et l’identification de gènes de biosynthèse originaux.

    Nouveaux gènes et nouveaux métabolites spécialisés
    Les produits naturels, désignés sous le terme de métabolites secondaires ou spécialisés (MS), sont des composés chimiques de faible poids moléculaire produits par des organismes vivants et possédant des activités biologiques ou pharmacologiques. Ils sont une source majeure de molécules thérapeutiques, constituent des sondes biologiques permettant de mieux appréhender les fonctions cellulaires et sont source d’inspiration dans le domaine de la chimique analytique et de synthèse. Une part importante des MS est produite par des microorganismes et les avancées en génomique ont révélé qu’un nombre important de MS reste à découvrir. Un microorganisme connu pour produire un nombre limité de MS a souvent la capacité d’en synthétiser un plus grand nombre. De ce fait, des efforts considérables sont actuellement fournis pour accéder aux 90% de molécules «cryptiques«, c’est-à-dire non synthétisées en condition de laboratoire. La majorité des approches repose sur le séquençage des génomes de nombreuses espèces et l’identification des clusters par similarité avec les gènes de biosynthèse connus. Bien que ces méthodes aient démontré leur efficacité pour la découverte de nouveaux métabolites, les données publiées et nos résultats préliminaires indiquent que la synthèse de certains MS est dirigé par des groupes de gènes que ne parviennent pas à détecter les méthodes basées sur la recherche d’homologues. Nous proposons donc de développer une méthode pour découvrir de tels groupes de gènes en se basant sur la détection d’îlots génomiques (IG) présents dans des souches proches. En effet, il a été observé que de tels îlots étaient souvent enrichis en gènes du métabolisme spécialisé. Une fois les IG identifiés, l’étape suivante consiste à établir un lien entre ces îlots et les MS isolés par métabolomique (analyses LC-MS) ou par leur activité biologique. Les nouveaux groupes de gènes peuvent par la suite être caractérisés et les voies de biosynthèse élucidées.



  • CHROMADAM Régulation de la compaction de la chromatine et de la dynamique des histones en réponse aux dommages de l’ADN dans les cellules de mammifères

    Perturbations de l’organisation du génome en réponse aux lésions de l’ADN
    Nous proposons d’exploiter des techniques d’imagerie de pointe pour analyser la dynamique de l’organisation du génome en chromatine dans des cellules exposées au stress génotoxique. Nous en déterminerons les mécanismes, les facteurs mis en jeu et leur importance fonctionnelle pour la signalisation et la réparation des dommages de l’ADN.

    Dynamique de la chromatine en réponse aux dommages de l’ADN
    L’organisation de l’ADN avec des protéines histones en chromatine dans le noyau cellulaire module la détection et la réparation des lésions de l’ADN.
    Ce projet vise à analyser la dynamique de la chromatine dans des cellules exposées au stress génotoxique en examinant les altérations induites par les dommages de l’ADN à différents niveaux d’organisation de la chromatine. Nous souhaitons en déterminer les facteurs mis en jeu et leur importance fonctionnelle pour la signalisation et la réparation des dommages de l’ADN.
    Cette étude permet de mieux comprendre les mécanismes cellulaires assurant le maintien de l’intégrité du génome et de son organisation en chromatine, qui sont mises à mal au cours du vieillissement et dans les pathologies tumorales. Les facteurs que nous avons identifiés dans ce projet constituent des cibles privilégiées dans la recherche thérapeutique contre le cancer et le vieillissement.



  • ChirNoCat Vers le contrôle de la chiralité axiale des biaryles en l'absence de métaux de transition

    Vers le contrôle de la chiralité axiale des biaryles en l'absence de métaux de transition
    Le principal objectif de ChirNoCat est de développer de nouvelles méthodologies de contrôle de la chiralité axiale du motif biarylique, dans le cadre de la chimie organométallique mais en l’absence de métaux de transition.

    Retombées scientifiques, techniques, économiques
    Le but principal de ce projet est de développer des méthodes en chimie organométallique polaire vers le contrôle de la chiralité axiale lors de la formation de liaisons aryl-aryl et ceci en l'absence de métaux de transition, à partir de réactifs bon marché et/ou facilement accessibles. La préparation de biaryles énantioenrichis sans métal de transition est un objectif synthétique important et stimulant du point de vue industriel et académique ; en effet, ils sont considérés comme des structures privilégiées pour la chimie organique synthétique, où ils sont souvent un motif clé dans une multitude d'applications industrielles, notamment comme auxiliaires ou catalyseurs chiraux efficaces, mais aussi dans le domaine des matériaux optiques, en chimie médicinale ou en agrochimie. Notre projet suit plusieurs principes de chimie verte. Ainsi, il permet d'éviter l'emploi de métaux de transition, qui sont des matières premières onéreuses et constituent un problème dans l'industrie pharmaceutique de par leur toxicité et leur élimination très coûteuse via des étapes de purification supplémentaires. En outre, le couplage ARYNE atropo-énantiosélectif permettrait une synthèse efficace et économique de biaryles énantioenrichis, en évitant un dédoublement d'énantiomères (synthèse non asymétrique) ou des étapes additionnelles requises pour l'introduction et l'élimination d'un auxiliaire chiral covalent (synthèse atropo-diastéréosélective). Idéalement, les ligands chiraux utilisés dans le couplage ARYNE atropo-énantiosélectif seraient introduits en quantité catalytique, ce qui le rendrait particulièrement économique. ChirNoCat est l'occasion de développer des processus innovants avec une efficacité améliorée, une diminution de la consommation de ressources et des coûts réduits. Nous croyons que notre projet conduira à une application industrielle future et pourrait constituer un atout essentiel du renouveau industriel de notre pays.



  • PROTOTYPE NOX Caractérisation moléculaire de l’assemblage et du fonctionnement enzymatique d’un complexe membranaire: la NADPH-oxydase

    La NADPH oxydase, l’enzyme créatrice de radicaux
    La NADPH oxydase fait partie des nombreuses protéines membranaires dont la structure tridimensionnelle n’a pas encore pu être déterminée malgré de nombreux efforts dans le développement des techniques de production et de purification. Cependant la connaissance de sa structure et son fonctionnement reste un enjeu majeur lié à son importance pharmacologique. C’est pourquoi depuis quelques années nos efforts visent l’élaboration d’un système de production efficace de cet enzyme.

    Une toxicité à réguler : des études fondamentales pour contrôler son activité
    Les espèces réactives de l’oxygène (ROS) présentent à la fois des propriétés bénéfiques et délétères (cytotoxique, mutagène ou stress oxydatif). Leurs productions dans l’organisme, par conséquent, doivent être sévèrement contrôlées. Les enzymes de la famille des NADPH oxydase (NOX) sont les générateurs principaux de ROS dans les cellules. Ces enzymes se retrouvent impliquées dans un nombre croissant de maladies liées soient à leurs inactivations (déficience immunitaire) soit à une augmentation anormale de leurs activités (inflammations chroniques, maladie d'Alzheimer ou de Parkinson). Leur rôle dans le déclenchement apoptotique conduit aussi à considérer les NOX comme des cibles prometteuses pour les thérapies anticancéreuses. Pour faire face à ces situations pathologiques, il est possible d’utiliser des antioxydants, cependant, sans jamais atteindre un niveau d'efficacité suffisant. Des études à un niveau moléculaire s’imposent pour comprendre les mécanismes et les déterminants qui contrôlent le fonctionnement des NOX, l’objectif étant d‘apporter des éléments nouveaux sur les moyens de contrôler son activité.



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