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Approches de simulation à plusieurs échelles appliquées à la signalisation biologique et au design bio-inspirée

Lay summary

Par le truchement de millions d’années d’évolution, la nature a développé des processus aptes à maintenir des écosystèmes hautement efficaces et stables. Il n’est donc pas surprenant d’y puiser notre inspiration afin de développer des stratégies durables visant à produire des ressources matérielles et énergétiques dont la population mondiale grandissante a besoin. Cependant, une compréhension complète des fonctionnements internes de processus biologiques est très fréquemment une tâche ardue, vu que ce sont des événements complexes pouvant impliquer plusieurs ordres de grandeur tant en temps qu’en dimension et que les techniques expérimentales testant leur mode d’action ne fournissent souvent que des informations partielles ou indirectes.

La simulation par ordinateur donne de nos jours un aperçu direct de ces mécanismes biomoléculaires, mais la combinaison d’une taille étendue, d’un large espace des configurations disponibles et d’une haute précision, nécessaire afin de décrire les différences d’énergie faible de l’ordre de kT, reste un défi.

Dans cette recherche, nous proposons de (1) Repousser les limites courantes des simulations biologiques à plusieurs échelles, grâce au développement d’une approche hybride généralisée QM/(QM)/MM qui sera capable de résoudre simultanément l’exigence liée à la précision nécessaire en taille et en temps; (2) Développer et implémenter des techniques d’analyses de données efficaces et systématiques, basées sur la sélection de caractéristiques et l’inférence causale, qui nous permettront d’identifier les facteurs cruciaux responsables d’une transformation biologique donnée; (3) Utiliser cette information afin de guider la conception de systèmes bio-inspirés et (4) Optimiser les systèmes biomimétiques afin d’obtenir des propriétés sur mesure en utilisant l’exploration efficace d’un espace chimique grâce à des algorithmes évolutionnistes.