Dissertations / Theses: 'Cormophytes – Métabolisme – Modèles mathématiques'

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Sasidharan, L. Swathy. "Modélisation de la croissance des plantes supérieures pour les systèmes de support-vie : modèle métabolique de la feuille de laitue considérant la conversion d'énergie et le métabolisme central du carbone." Phd thesis, Université Blaise Pascal - Clermont-Ferrand II, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00797968.

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Abstract:

Pour des missions spatiales de longue durée, les plantes supérieures doivent faire partie des systèmes de support-vie. Le projet Micro-Ecological Life Support System Alternative (MELiSSA, alternative de système de support-vie micro-écologique) de l'Agence Spatiale Européenne est basé sur un système clos de support vie qui inclut, autour d'un compartiment consommateur, des compartiments microbiens et des plantes supérieures. Les plantes consomment les déchets pouvant être recyclés (les eaux usées et du CO2) et produisent de la nourriture fraîche, de l'eau potable et de l'oxygène pour l'équipage. Un des points clé pour ce type d'étude est le maintien d'un système qui assure le recyclage de tous les éléments C, H, O, N, S, P, ... C'est pourquoi la base de l'étude repose sur une modélisation des stœchiométries de conversion qui doit traduire les échanges de matière et d'énergie en fonction des limitations physiques qui sont les paramètres de contrôle du système. L'étape préliminaire a été d'établir un modèle métabolique de feuille (un sous-modèle du modèle biochimique), comprenant le métabolisme central et utilisant les techniques métaboliques d'analyse des modes élémentaires (EFMA) et d'analyse des flux métaboliques (MFA) associé à une vision intégrée de l'énergétique du métabolisme central. En l'absence de données expérimentales suffisantes, le modèle métabolique de feuille a été construit à partir de la composition de la biomasse référencée par le Département Américain de l'Agriculture (USDA) et validé avec les données expérimentales de laitues (Lactuca sativa) cultivées dans l'installation de recherche des systèmes à environnement contrôlé (CESRF) de l'Université de Guelph (Canada). Pour la première approche, le modèle est satisfaisant et prometteur ; il peut prédire la production de biomasse une fois connecté aux facteurs physiques de la croissance de plante (lumière, disponibilité en CO2 et en eau, ...) au cours du temps et à la composition de la biomasse. Cependant, nos résultats souffrent d'un manque de données pour vérifier les modèles métaboliques ; ainsi, différents types de mesures pour des prédictions plus précises sont proposés. Le futur modèle doit être en mesure de contrôler la croissance de la plante pour la survie des humains, connaissant les flux provenant des autres compartiments de la boucle MELiSSA. Par ailleurs, l'approche décrite ici peut être utilisée de manière plus générale pour tous types d'études et modélisations du métabolisme, en particulier pour étudier le fonctionnement simultané et/ou consécutif des métabolismes photosynthétique et respiratoire.

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Funk, Catherine Irène. "Modélisation mathématique du système de phosphates à haute énergie au cours des échanges énergétiques de la cellule musculaire." Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 1990. http://www.theses.fr/1990INPL067N.

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Abstract:

Dans cette étude, on développe un modèle théorique permettant l'étude de la contraction musculaire en relation avec l'état biochimique des cellules musculaires. Ce mémoire contient les rappels physiologiques essentiels, ainsi qu'un rappel des travaux antérieurs à partir desquels cette étude s'introduit de façon naturelle. L'étude est centrée sur les molécules contenant des liaisons phosphates riches en énergie. Les voies métaboliques de production et de consommation d'Adénosine TriPhosphate (ATP) sont incorporées dans un modèle du système cytosolique des composés phosphates riches en énergie (ou système énergie phosphate, comprenant les adénylates, la phosphocréatine, la créatine et le phosphate inorganique). Le modèle a une forme mathématique simple et permet de calculer les variations en fonction du temps du système énergie-phosphate au cours de transitions entre différents taux de travail musculaire. On valide le modèle par l'expérience en utilisant des mesures de la vitesse de consommation d'oxygène (Vo2) et de la concentration en phosphocréatine au cours de transitions repos-travail : ceci pour deux muscles différents. On peut alors utiliser le modèle pour prévoir les comportements transitoires au cours de transitions repos-travail. On utilise ensuite le modèle pour étudier la régulation in vivo de (Vo2). Enfin, on étudie l'effet tampon de la phosphocréatine sur les concentrations en adénylates au cours d'un protocole expérimental de stimulation par secousses

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Durot, Maxime. "Elucidation du métabolisme des microorganismes par la modélisation et l'interprétation des données d'essentialités de gènes : application au métabolisme de la bactérie Acinetobacter baylyi ADP1." Thesis, Evry-Val d'Essonne, 2009. http://www.theses.fr/2009EVRY0017/document.

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Abstract:

Le métabolisme des microorganismes est traditionnellement étudié à deux échelles: d’une part, à l’échelle locale, la description des réactions métaboliques et d’autre part, à l’échelle globale, l’étude de la physiologie de la cellule. Malgré des progrès technologiques récents facilitant les études à ces deux échelles, leur exploitation conjointe demeure complexe car le comportement physiologique de la cellule résulte de l’action coordonnée de nombreuses réactions. Les modèles mathématiques globaux du métabolisme ont toutefois récemment permis de relier ces deux échelles. Dans cette thèse, nous explorerons l’utilisation de ces modèles pour compléter la connaissance des réactions à l’aide d’une catégorie particulière de données d’échelle globale : les essentialités de gènes déterminées à partir des phénotypes de croissance de mutants de délétion. Nous nous appuierons pour cela sur la bactérie Acinetobacter baylyi ADP1. Après avoir présenté les développements effectués pour reconstruire un modèle global du métabolisme d’A. baylyi, nous montrerons que la confrontation entre phénotypes observés et phénotypes prédits permet de mettre en évidence des incohérences entre les deux échelles d’observations. Nous montrerons ensuite qu’une interprétation formelle de ces incohérences permet de corriger le modèle et d’améliorer la connaissance du métabolisme. Nous illustrerons ce propos en présentant les corrections que nous avons réalisées à l’aide de phénotypes de mutants d’A. baylyi. Enfin, dans une dernière partie, nous proposerons une méthode permettant d’automatiser la correction des incohérences causées par des erreurs d’association entre gènes et réactions Microbial metabolism has traditionally been investigated at two different scales: the finest involves characterizing individually each reaction occurring in the cell; the largest focuses on global cell physiology. While both scales have recently benefited from technological advances, combining them remains, however, especially complex as the global physiological behavior of a cell results from the coordinated action of a large network of reactions. Mathematical modeling approaches have yet shown recently that genome-scale metabolic models could help in linking both scales. In this thesis, we explore the use of such models to expand the knowledge of reactions with a specific type of high-level data: gene essentiality data, assessed using growth phenotypes of deletion mutants. We will use as model organism the bacterium Acinetobacter baylyi ADP1, for which a genome-wide collection of gene deletion mutants has recently been created. Following a presentation of the key steps and developments that have been required to reconstruct a global metabolic model of A. baylyi, we will show that confronting observed and predicted phenotypes highlight inconsistencies between the two scales. We will then show that a formal interpretation of these inconsistencies can guide model corrections and improvements to the knowledge of metabolism. We will illustrate this claim by presenting model corrections triggered by A. baylyi mutant phenotypes. Finally, we will introduce a method that automates the correction of inconsistencies caused by wrong associations between genes and reactions

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Henry, Adrien. "Modélisation cinétique du métabolisme : construction du modèle, analyse et applications biotechnologiques." Sorbonne Paris Cité, 2015. http://www.theses.fr/2015USPCC216.

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Abstract:

Cette thèse décrit une méthode pour développer un modèle du métabolisme carboné central chez la bactérie Escherichia coli afin de tester une stratégie de bio-ingénierie sur une souche pour laquelle la machinerie d'expression génique(GEM) est contrôlable. L'idée est de réorienter la machine cellulaire depuis sa croissance vers la production d'un composé industriellement intéressant. La bactérie ainsi contrôlée ne va plus maximiser sa croissance, ce qui rend le cadre de la "Flux balance analysis" inapproprié pour la modélisation; un modèle cinétique lui est préféré. Étant donné le nombre important de réactions présentes dans le réseau, un pipeline a été mis en place pour produire automatiquement les lois cinétiques à partir des stoechiométries de réaction. Dans ce contexte, une description précise des mécanismes de réaction est impossible ce qui m'a poussé à choisir des modélisations de type "convenience kinetic" pour les réactions réversibles ou "Michaelis-Menten" pour les irréversibles; dans les deux cas les réactants sont supposés indépendants. L'ajustement des paramètres cherche à s'accorder au mieux avec des valeurs à l'état stationnaire de flux et concentrations, des distributions a priori de paramètres construites à partir de la littérature ainsi que des données de dynamique pour des traceurs. La thèse met en avant l'importance d'intégrer ces dernières et décrit les différents temps qui caractérisent un tel système, notamment le temps de relaxation n'est pas toujours celui le plus lent. Pour finir le modèle optimisé est utilisé pour montrer qu'inhiber le GEM permet d'augmenter le rendement pour la production d'un métabolite cible This thesis shows how to build a kinetic model the central carbon metabolism of the Escherichia coli bacterium to test a bioengineering strategy where the gene expression machinery (GEM) is controllable. The idea is to reorient the machinery from growth to the production of industrially interesting compounds. Because this controlled bacterium will no longer maximize growth, flux balance frameworks are inadequate and instead a kinetic modelling approach is necessary. Given the large number of reactions included i the network, a pipeline has been built to automatically generate kinetic laws from reaction stoichiometries. In this context a precise description of the reactional mechanism is impossible and I use the convenience kinetic framework for reversible reaction or Michaelis-Menten for irreversible ones; both are derived assuming independent reactants. The parameter fitting searches for the model that matches best the steady state conditions of concentration and flux, prior distributions for parameters built from literature data, and time course data for tracers. The thesis highlights the importance of including these time courses and of understanding the different characteristic times in such systems, the standard relaxation time not always being the longest characteristic time. Lastly, the optimised model is used to show that the yield o' a target metabolite is increased by down regulating the GEM

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Hezard, Pauline. "Modélisation de la croissance des plantes supérieures pour les systèmes de support-vie : conception d'un modèle global et simulation des transferts de masse et d'énergie à l'échelle de la plante." Thesis, Clermont-Ferrand 2, 2012. http://www.theses.fr/2012CLF22250/document.

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Abstract:

Les missions spatiales habitées de longue durée nécessitent des systèmes de support-vie efficaces recyclant l’air, l’eau et la nourriture avec un apport extérieur minimum en matière et énergie. L’air et l’eau peuvent être recyclés par des méthodes purement physico-chimiques, tandis que la production de nourriture ne peut être faite sans la présence d’organismes vivants. Le projet Micro-Ecological Life Support System Alternative (MELiSSA, alternative de système de support-vie micro-écologique) de l’Agence Spatiale Européenne inclut des plantes supérieures cultivées dans une chambre close contrôlée, associée à d’autres compartiments microbiens. Le contrôle à long terme de la chambre de culture et du système de support-vie entier requiert des modèles prédictifs efficaces. Le bouclage du bilan massique et la prédiction de la réponse de la plante dans un environnement extraterrestre inhabituel mettent en avant l’importance de modèles mécanistes basés sur le principe des bilans de matière et d’énergie.Une étude bibliographique poussée a été réalisée afin de lister et analyser les modèles de croissance de plantes supérieures existants. De nombreux modèles existent, ils simulent la plupart des processus de la plante. Cependant aucun des modèles structurés globaux n’est suffisamment mécaniste ni équilibré en terme d’échange de masse pour une application dans un système de support-vie clos. Ainsi, une nouvelle structure est proposée afin de simuler tous les termes du bilan massique au niveau de la plante, en incluant les différentes échelles de l’étude : les processus généraux, l’échelle de l’organe et l’échelle de la molécule. Les résultats d’une première approche utilisant des lois physiques mécanistes simples pour les échanges de matière et d’énergie, une stoechiométrie unique pour la production de biomasse et quelques lois empiriques pour la prédiction des paramètres architecturaux sont illustrés et comparés avec des résultats expérimentaux obtenus dans un environnement contrôlé. Une analyse mathématique du modèle est réalisée et tous ces résultats sont discutés afin de proposer les prochaines étapes de développement. Ceci est décrit en détail pour l’inclusion de modèles de processus plus complexes dans les futures versions du modèle ; les expériences qui devraient être réalisées ainsi que les mesures nécessaires sont proposées. Ceci conduit à la description d’une nouvelle conception de chambre de culture expérimentale For long-term manned space missions, it is necessary to develop efficient life support systems recycling air, water and food with a minimum supply of matter and energy. Air and water can be recycled from purely physico-chemical systems; however food requires se presence of living organisms. The Micro-Ecological Life Support System Alternative (MELiSSA) project of the European Space Agency includes higher plants grown in a closed and controlled chamber associated with other microbial compartments. The long-term control of the growth chamber and entire life support system requires efficient predictive models. The mass balance closure and the prediction in uncommon extraterrestrial environments highlight the importance of mechanistic models based on the mass and energy balances principles.An extensive bibliographic study has been performed in order to list and analyse the existing models of higher plant growth. Many models already exist, simulating most of the plant processes. However none of the global, structured models is sufficiently mechanistic and balanced in terms of matter exchange for an application in closed life support systems. Then a new structure is proposed in order to simulate all the terms of the mass balance at the plant level, including the different scales of study: general processes, organ scale and molecular scale. The results of the first approach using simple mechanistic physical laws for mass and energy exchange, a unique stoichiometry for biomass production and few empirical laws for the prediction of architectural parameters are illustrated and compared with experimental results obtained in a controlled environment. A mathematical analysis of the model is performed and all these results are discussed in order to propose further developments. This is described in detail for the implementation of more complex models of processes in the future model versions; the experiments that should be performed including the main measurements are proposed. This leads to the description of a new design of experimental growth chamber

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Mansour, Soulaf. "Etude du métabolisme de la levure Yarrowia lipolytica dans un écosystème fromager par une approche transcriptomique." Phd thesis, AgroParisTech, 2009. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00005341.

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Abstract:

L'adaptation des micro-organismes à leur environnement dépend à la fois de leurs aptitudes à faire face aux paramètres physico-chimiques propre au fromage et à dégrader les substrats présents dans le milieu, tout en étant en interaction avec d'autres espèces microbiennes. La maîtrise de la dynamique des populations reste un enjeu majeur dans le but de maîtriser les étapes de la fabrication du fromage. Cela permettrait, une fois la flore sélectionnée, de raccourcir le temps d'affinage de manière significative, tout en conservant, voire en améliorant les qualités organoleptiques et sanitaires du fromage. De nombreux travaux ont mis en évidence l'incapacité d'adaptation de la flore inoculée, qui se retrouve en compétition avec la flore indigène de l'environnement fromager. L'objectif de ce travail était de mieux comprendre le métabolisme adaptatif de la levure ubiquitaire du fromage Yarrowia lipolytica. Dans un premier temps, nous avons choisi d'étudier le métabolisme de la levure en mono-culture en se focalisant sur des voies métaboliques clés de l'affinage, le catabolisme du lactate et des acides aminés. La combinaison des techniques moléculaires, microbiologiques, biochimiques et protéomiques a permis de confirmer une réelle préférence de la levure pour les acides aminés, l'absence de ces derniers pouvant provoquer un état de stress oxydant chez Y. lipolytica. De plus, une corrélation entre la consommation d'acides aminés et la production/accumulation d'ammoniac par la levure a été mise en évidence. L'ammoniac aurait un rôle i) dans l'alcalinisation du milieu, une étape essentielle dans la fabrication du fromage pour l'implantation de la flore d'affinage acido-sensible ; ii) de molécule signal entre les levures. Dans un second temps, l'étude de la levure en interaction avec deux bactéries Lactococcus lactis et Staphylococcus xylosus a été réalisée. Une première étape a consisté à comprendre les phénomènes d'interactions dans un milieu chimiquement défini, par une approche ciblée (RT-PCR quantitative) sur des gènes impliqués dans des voies de dégradation du lactate, du pyruvate et des acides aminés. L'étude en culture mixte a permis de mettre en évidence des phénomènes d'interactions entre micro-organismes en termes de croissance, mais également de complémentarité métabolique. En effet, les principaux gènes impliqués dans le catabolisme des acides aminés sont réprimés chez la levure en présence de S. xylosus. De plus, l'expression de la lactate déshydrogénase de la levure est induite par la production de lactate par les deux bactéries. Dans une seconde étape, l'étude de la levure en co-culture a été réalisée dans un milieu modèle fromager, le rétentat. Afin d'obtenir une information complète de l'adaptation métabolique de la levure aux différentes associations, une approche globale par puce à ADN à été retenue. On observe un état de stress oxydatif chez la levure en présence de S. xylosus, ainsi qu'une modification du fonctionnement mitochondriale et de l'expression des gènes de la chaîne respiratoire.

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Juillet, Barbara. "Modélisation comportementale du métabolisme interrégional de l'azote alimentaire et des cinétiques de l'urée à l'état nourri non stationnaire chez l'homme." Phd thesis, INAPG (AgroParisTech), 2006. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00002662.

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Abstract:

L'assimilation des protéines du repas met en jeu une cascade d'événements métaboliques, dynamiques et transitoires, contrôlant la distribution des acides aminés alimentaires dans les zones splanchnique et périphérique de l'organisme. Le recours à la modélisation compartimentale permet d'analyser les données cliniques obtenues sur ce système physiologique complexe afin de comprendre son fonctionnement par le biais d'une approche intégrée. Les travaux pionniers récemment opérés à ce sujet se sont heurtés à une difficulté majeure : la difficulté de mener à bien l'identification numérique de modèles multi-compartimentaux, qui consiste à trouver les valeurs de leurs paramètres permettant d'ajuster leurs prédictions aux observations disponibles sur le système, en particulier lorsque ces données sont rares ou parcellaires. Dans la continuité de cette démarche, nos travaux de thèse ont consisté à améliorer les techniques et à rationaliser les méthodes de modélisation disponibles au laboratoire, puis à utiliser ces développements méthodologiques afin d'étudier les phénomènes métaboliques impliqués dans la valorisation postprandiale spécifique de différentes sources protéiques sous différentes conditions nutritionnelles chez l'homme. Nous nous sommes d'abord intéressés aux différentes étapes du processus de développement d'un modèle multi-compartimental complexe décrivant la distribution inter-régionale de l'azote alimentaire en phase postprandiale chez l'homme, depuis l'obtention de données expérimentales sur le système étudié jusqu'à l'identification structurelle et numérique du modèle et sa validation. En particulier, nous avons cherché à simplifier l'étape critique de l'identification numérique des modèles compartimentaux, et nous avons développé une nouvelle méthode qui permet, grâce à une analyse de sensibilité préalable du modèle, de diviser le problème d'optimisation de grande taille en plusieurs sous-problèmes emboîtés de taille réduite, plus faciles à résoudre par les algorithmes classiques de recherche. Ces développement méthodologiques nous ont permis de construire un nouveau modèle global du métabolisme de l'azote alimentaire chez l'homme, décrivant les processus majeurs de son utilisation postprandiale depuis son absorption jusqu'à son assimilation régionale et son élimination par l'organisme. Ce modèle a été développé à partir de données expérimentales concernant l'apparition de l'azote alimentaire dans certains pools métaboliques de l'intestin, du sang et des urines obtenues chez des sujets sains au cours des 8 heures suivant l'ingestion d'un repas mixte solide contenant des protéines de blé marquées au 15N. Puis, ce modèle a été utilisé et/ou adapté afin de rendre compte de données supplémentaires, obtenues après l'ingestion de repas mixtes à base de protéines de lait ou de soja (repas liquides) ou de protéines de blé (repas solide) selon un protocole similaire, mais mené en deux occasions successives chez des sujets sains préalablement adaptés à un régime normoprotéique puis hyperprotéique. Les modèles ainsi développés ont permis de prédire les cinétiques gastro-intestinales de l'azote alimentaire dans le cadre physiologique de l'ingestion de repas mixtes (bolus), et d'étudier leur impact sur le métabolisme ultérieur de l'azote alimentaire, en particulier sur son utilisation anabolique et catabolique splanchniques. Ces modèles ont aussi permis d'étudier l'influence de facteurs qualitatifs (nature de la source protéique) ou quantitatifs (niveau habituel d'apport protéique) de l'apport protéique sur la valorisation postprandiale spécifique des protéines du repas. En particulier, ces travaux ont montré l'importance du phénomène de recyclage entéro-hépatique de l'azote alimentaire après l'ingestion d'une protéine de qualité nutritionnelle moyenne comme le blé. Ces résultats nous ont amenés à nous intéresser plus particulièrement aux cinétiques postprandiales de l'urée, ainsi qu'à leur modulation par différents facteurs alimentaires. Pour cela, nous avons développé un modèle régional spécifique des phénomènes métaboliques splanchniques de désamination et de recyclage entéro-hépatique, qui est en réalité un sous-système des modèles globaux précédents. Ce modèle a permis, à partir de données obtenues uniquement aux niveaux sanguin et urinaire, d'étudier l'influence de facteurs qualitatifs et quantitatifs de l'apport protéique sur les cinétiques postprandiales de production, d'excrétion et d'hydrolyse de l'urée d'origine alimentaire et endogène. Nos travaux de modélisation ont permis d'apporter des informations originales et nouvelles concernant l'influence de différents facteurs alimentaires sur le devenir métabolique postprandial de l'azote alimentaire chez l'homme. Ces travaux pourraient être renouvelés et poursuivis par l'analyse de nouvelles données obtenues sous différentes conditions physiopathologiques afin de définir des stratégies nutritionnelles adaptées à ces situations.

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Juillet, Barbara. "Modélisation compartimentale du métabolisme inter-régional de l'azote alimentaire et des cinétiques de l'urée à l'état nouri non-stationnaire chez l'homme." Paris, Institut national d'agronomie de Paris Grignon, 2006. http://www.theses.fr/2006INAP0031.

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Cournac, Laurent. "Contribution à l'étude des échanges gazeux photosynthétiques et respiratoires chez les végétaux de type C3 : apport des cultures "in vitro"." Montpellier 2, 1992. http://www.theses.fr/1992MON20298.

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Abstract:

L'aeration des bocaux de culture ameliore la croissance de vitroplants de solanum tuberosum en supprimant les contraintes de confinement et permet de realiser la culture en mode photoautotrophe. La photosynthese nette et la croissance des vitroplants photoautotrophes sont stimulees par une augmentation de l'eclairement ou de la concentration en co#2. En mesurant a l'aide de #1#8o#2 les echanges d'oxygene, nous avons observe que la stimulation de la photosynthese brute par l'eclairement est plus elevee, et la depression de photosynthese brute au point de compensation en co#2 moins forte, chez des vitroplants eleves sous un eclairement de 300 micro moles photons. M#-#2. S#-#1 que chez ceux eleves a 80 micro moles photons. M#-#2. S#-#1. Une modelisation des echanges d'oxygene permettant d'acceder in vivo aux proprietes cinetiques de la rubisco et d'estimer l'importance relative des differentes voies de prise d'oxygene sous lumiere a ete realisee afin de preciser la nature des phenomenes a l'origine de ces adaptations. Plusieurs hypotheses quant aux composantes de la prise non photorespiratoire peuvent expliquer les niveaux des echanges d'oxygene observes. Une autre approche experimentale a ete entreprise dans le but de preciser l'origine du co#2 produit a la lumiere. En utilisant une culture cellulaire photoautotrophe de plante superieure, caracterisee par une faible activite anhydrase carbonique, nous avons mis en evidence un marquage a l'oxygene 18 du co#2 produit en conditions photorespiratoires lorsque les cellules sont eclairees en presence de #1#8o#2

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Coevoet, Marie-Agnès. "Études théoriques et expérimentales de structures dynamiques non-linéaires dans le métabolisme du glucose chez Saccharomyces cerevisiae." Compiègne, 1998. http://www.theses.fr/1998COMP1138.

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Le comportement stationnaire et dynamique de la voie haute de la glycolyse est étudié dans des extraits acellulaires de levure. Le système centré sur le cycle PFK/FDPase contient la pyruvate kinase, l'adénylate kinase et la phosphoglucose isomérase. Le système réactionnel opère dans des conditions thermodynamiques ouvertes maintenues par une alimentation en continu en substrats (le glucose 6-phosphate, l'ATP et le PEP). Pour des conditions expérimentales particulières, des modifications de la charge énergétique d'entrée peuvent provoquer des transitions entre les états stationnaires qui sont réversibles (comme il apparaît dans les phénomènes classiques d'hystérèse) ou qui sont irréversibles (le système n'est plus capable de retourner à l'état initial). A partir du même modèle qualitatif, une variation de la charge énergétique d'entrée provoque l'apparition de branches non-connectées. Dans de telles structures liées à la bistabilité, aucune transition entre les deux branches stables coexistantes n'est possible, définissant des états stationnaires non-équivalents. Les différentes transitions peuvent avoir des implications biologiques en relation avec des commutations, l'adaptation et des phénomènes de mémoire.

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Barbaroux, Cécile. "Analyse et modélisation des flux de carbone de peuplements forestiers pour la compréhension de la croissance de deux espèces feuillues Quercus petraea et Fagus sylvatica." Paris 11, 2002. http://www.theses.fr/2002PA112084.

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Abstract:

Plusieurs études dendroclimatiques (variations inter-annuelles de la largeur de cernes en fonction du climat) du chêne sessile (bois à zone poreuse) et du hêtre (bois à pores diffus) ont mis en évidence des corrélations avec le climat de l'année et des effets différés du climat ou de la croissance. Ces effets différés sont souvent plus marqués et plus anciens chez le chêne. Nos objectifs sont de vérifier si les anatomies et/ou les phénologies contrastées (mise en place des feuilles, reprise de croissance du bois) de ces deux essences s'accompagnent d'une gestion différente des réserves carbonées, et de schémas d'allocation du carbone spécifiques, à la fois en intra- et en inter-annuel. Pour répondre à ces objectifs, nous avons développé une approche pluridisciplinaire associant dendrochronologie, écophysiologie, dendrométrie et modélisation du fonctionnement hydrique et carboné de peuplements de chênes et de hêtres. L'analyse des variations interannuelles de croissance radiale du chêne et du hêtre a été réalisée sur les 30 dernières années à partir de 900 arbres répartis dans des classes d'âges et de fertilités variées en forêt de Fontainebleau. L'étude dendroclimatique met en évidence une forte dépendance de la productivité des hêtraies à la disponibilité en eau du sol pendant la saison de végétation de l'année et de l'année précédente. Pour les chênaies, la productivité est corrélée à la disponibilité en eau du sol pendant la saison de végétation et à la croissance de l'année précédente. L'analyse biochimique des réserves glucidiques (amidon, saccharose, glucose et fructose), réalisée sur deux peuplements purs de chênes et de hêtres âgés de 35 ans en Lorraine, révèle une dynamique saisonnière des réserves plus marquée et des concentrations plus élevées chez le chêne. Ces différences de gestion des réserves sont cohérentes avec des besoins plus importants en croissance chez le chêne pendant la phase d'hétérotrophie du carbone. L'estimation des quantités de réserves et d'accroissement annuel en biomasse du peuplement sur plusieurs années a nécessité un travail préliminaire pour décrire les variabilités intra- et inter-arbres puis pour effectuer le changement d'échelle des arbres étudiés au peuplement. . Several dendroecological studies (inter-annual variations of the tree-rings width according to the climate) of the sessile oak (ring porous species) and of the beech (diffuse porous species) put into evidence their interrelationships with the climatic signal of the year and differed effects of the climate or the growth. These differed effects are often more obvious and older on oaks. Our objectives are to verify if the anatomies and/or the contrasted phenology (setting up of leaves, resuming of wood growth) of these two species entail a different management of carbohydrate reserves, and of specific carbon allocation pattern, at intra- and in inter-annual scales. To reach these objectives, we have developed a pluridisciplinary approach associating dendrochronology, ecophysiology, dendrometry and modeling of water and carbon functioning of oaks and beeches stands. The analysis of the inter-annual variations of radial growth of the oak and of the beech was based on the last 30 years measurements on 900 varied trees in terms of fertility and age in the Fontainebleau forest. Dendroclimatic study puts into evidence a strong dependence of the beeches stands productivity on the soil water availability during the season of vegetation of the year and the previous year. For oaks stands, the productivity is correlated to the soil water availability during the season of vegetation and to the growth of the previous year. The biochemical analysis of carbohydrate reserves (starch, sucrose, glucose and fructose), made on two pure stands of oaks and beeches of 35 years old in Lorraine, reveals a seasonal dynamics of reserves more obvious as well as an higher concentration for the oak. These differences of reserve management correspond to the important needs in growth of the oak during the phase of carbon heterotrophy. Analyzing the reserves quantities and yearly growth in biomass of the population on several years required preliminary works to describe intra- and inter-trees variability and then to up-scale the studied tree to the stand. Knowledge acquired on the seasonal dynamics of carbohydrate reserves quantities, as well as on the growth phenology of the oak and the beech, have been integrated in a model of stand carbon balance (CASTANEA, E. Dufrêne). The possible changes of carbon allocation to the growth between years can be tested thanks to the model, through hypotheses of interactions between dynamics appropriate in reserves and growth. These modifications have been tested on the Fontainebleau site. .

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Iragne, Florian. "Prédiction de réseaux d'interactions biomoléculaires à partir de données de la génomique comparée." Phd thesis, Université Sciences et Technologies - Bordeaux I, 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00409871.

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Les systèmes biologiques présentent de nombreux phénomènes complexes, aux interactions encore plus complexes. La modélisation a pour but de faciliter l'étude et la compréhension des systèmes biologiques, par l'observation ou la simulation des modèles créés. Les réseaux d'interactions biomoléculaires sous-tendent ces modèles. Les travaux de thèse que nous présentons portent sur la prédiction systématique de réseaux d'interactions biomoléculaires, aﬁn de fournir les éléments d'entrée nécessaires au processus de modélisation. Les deux thèmes centraux seront la prédiction de réseaux d'interactions protéine-protéine et l'extrapolation de voies métaboliques. Nous déﬁnissons tout d'abord un cadre formel d'extraction de graphes d'interactions dictée par des politiques, qui permet de créer des résumés intelligents à partir de jeux de données hétérogènes. Une séparation claire des tâches d'extraction et de visualisation de l'information nous permet d'exprimer diﬀérents algorithmes existants, estimant par exemple la qualité des réseaux d'interactions biomoléculaires prédits. Nous avons mis en oeuvre ce cadre formel dans le logiciel ProViz [Iragne et al., 2005]. Nous présentons par la suite, des méthodes informatiques d'extrapolation de voies métaboliques, inspirées du précédent formalisme et basées sur l'utilisation de voies de référence et sur une identiﬁcation robuste d'équivalents fonctionnels. Ces méthodes nous permettent de prédire un ensemble de voies métaboliques centrales, formant la base de modèles pour des organismes dont seules les données génomiques sont disponibles. Les diﬀérents résultats, disponibles en ligne [Sherman et al., 2006] ou en cours de publication, nous permettent de valider notre approche.

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Habka, Dany. "Modélisation toxico-pharmacocinétique à partir de méthodes bioinformatiques et de tests in vitro." Compiègne, 2011. http://www.theses.fr/2011COMP1941.

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L'objectif de la thèse est de développer et d'évaluer une approche alternative pour prédire les profils cinétiques de molécules chez l'Homme. Dans cette approche, la disposition de substance dans l'organisme est décrite par un modèle PBPK. Ce dernier est paramétré en utilisant des outils statistiques et diverses sources d'informations. La paramétrisation du modèle PBPK dans le cadre d'une approche intégrée in silico/in vitro a été évaluée. Nos résultats ont montré que la pertinence des prédictions du profil cinétique dépend de la qualité des données et de l'état de notre connaissance sur la molécule. La possibilité d'échec de la méthodologie est donc importante. Nous avons alors évalué 2 pistes pour améliorer la prédictibilité de l'approche. Tout d'abord, nous avons évalué un nouveau système dynamique in vitro développé à l'UTC. Ce dernier offre un environnement plus réaliste pour les cellules en culture par rapport aux systèmes classiques; l'espoir étant d'améliorer la pertinence des estimations in vitro. Notre travail a porté sur la modélisation de cinétiques in vitro dans le système. Nos résultats préliminaires sur le métabolisme hépatique sont encourageants. Ensuite, nous avons évalué la généralisation de l'approche intégrée in silico / in vitro en intégrant d'informations in vivo disponibles chez l'Homme. Nous avons choisi l'ifosfamide comme preuve de concept. Nos résultats ont montré que toutes les données (QSAR, in vitro et in vivo) étaient nécessaires pour paramétrer le modèle. Enfin, nous avons montré un bon niveau prédictif du modèle paramétré en réalisant des exercices d'extrapolation entre différentes doses d'administration et entre individus de différent âge In this work we report calibration methodologies of PBPK models using methods that are alternatives to animal experimentations. Our aim was to develop predictive PBPK models of xenobiotics disposition in humans. PBPK / in vitro / in silico approaches have already been implemented in several commercial PK softwares. We evaluated the predictability of this approach and showed that the goodness of the PK predictions was widely dependent on the precision of ADME parameters estimation, in particular relative to partition coefficients and metabolic parameters. To increase the predictability of PBPK models, we investigated two approaches. First we investigated the development of realistic techniques like cell microchips which provide an in vivo-like environment for cells in culture and may lead to more accurate estimations of ADME parameters, notably metabolism. We evaluated preliminary metabolic data obtained on a hepatic cells microchip developed by UTC. For this purpose, we proposed a mathematical model that account for the unspecific binding to the device and cell constituents. Our results showed that the metabolic clearance predictions were equally or more accurate than the predictions made using static devices. Second the calibration of PBPK models may combine in silico, in vitro information together with in vivo data available for humans like blood concentrations. To illustrate this PBPK / QSAR / in vitro / in vivo approach, we developed a PBPK model for ifosfamide. This exercise emphasized the complementarities of the several information sources used in the calibration step. Once parameterized, the model was used to extrapolate between doses and population groups

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Woller, Aurore. "Entrainment of the mammalian circadian clock by metabolism in the liver : a quantitative mathematical model." Thesis, Lille 2, 2016. http://www.theses.fr/2016LIL2S036/document.

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Abstract:

Les horloges circadiennes permettent aux organismes de synchroniser leurs processus physiologiques avec les variations périodiques de leur environnement telles que le cycle jour-nuit ou les cycles de prise alimentaire . Il n'est donc pas étonnant que les horloges périphériques des mammifères soient sensibles aux signaux de nourriture et soient capables d'ajuster les processus métaboliques (stockage et utilisation des ressources énergétiques) en fonction du status nutritionnel de la cellule. Or, notre style de vie moderne est caractérisé par une grande flexibilité au niveau des comportements alimentaire (heure des repas variable, grignotage, alimentation grasse,...) et cela est corrélé avec une forte augmentation de l'incidence des maladies métaboliques accompagnée de dérèglements de l'horloge. En particulier, les régimes high-fat entrainant de l'obésité sont associés à une importante perte d'amplitude des gènes d'horloge mais les mécanismes sous-jascents restent peu compris. Afin d'étudier ces questions, nous avons construit un modèle mathématique décrivant le couplage entre l'horloge du foie et les senseurs métaboliques SIRT1 et AMPK. Notre modèle reproduit précisément les données d'expression des principaux gènes d'horloge ainsi que l'effet d'une dérégulation de SIRT1 ou de l'AMPK. Dans ce modèle, l'activité de l'AMPK est considérée comme une mesure directe de l'alternance entre prise alimentaire et jeûne. Pour cette raison, nous nous sommes intéressés à l'effet de perturbations du rythme d'AMPK sur l'expression des gènes d'horloge. Le modèle montre qu'un amortissement du rythme d'AMPK donne lieu à une forte baisse d'amplitude dans l'expression des principaux gènes d'horloge et des niveaux de NAD+ similaire à ce qui est observé en régime high fat (ad libitum). Cela suggère fortement que les dérèglements de l'horloge observés dans ces conditions peuvent en bonne partie être expliqués par l'amortissement de l'activité de l'AMPK.Par ailleurs, des résultats expérimentaux récents (Hatori 2012) suggèrent une corrélation entre restauration de l'amplitude des gènes d'horloge et protection contre l'obésité en régime high fat. Le modèle permet de simuler l'administration pharmacologique d'un agoniste de l'horloge et montre que , suite un amortissement du rythme d'AMPK, l''amplitude des gènes d'horloge peut être restaurée mais uniquement si l'agoniste est administré à un moment bien précis de la journée To anticipate daily changes in their environment, most living organisms have evolved a circadian clock, which is synchronized to the diurnal cycle and orchestrates numerous biological functions. At organismal level, daylight is the main signal driving the clock. In multicellular organisms, however, clocks in peripheral organs respond to other cues. For example, the liver clock is primarily synchronized by fasting/feeding cycles and variations in the cellular metabolic state, as reflected by the NAD+/NADH and ATP/AMP ratios. To better understand the entrainment of peripheral circadian clocks by metabolic cycles, we have constructed a mathematical model of the mammalian circadian clock incorporating the metabolic sensors SIRT1 and AMPK. This model reproduces accurately experimental clock gene expression data from mouse liver in vivo and predicts correctly the effect of SIRT1 or AMPK loss-of-function. We used our mathematical model to investigate the response of the liver clock to various temporal patterns of AMPK activation, mimicking the effect of a normal diet, of fasting and of a high-fat diet feeding. Our results predict significant changes in clock gene expression and NAD+ time profiles between these situations. They suggest that the night peak in NAD+ level is due to circadian rhythms in NAMPT expression, while the day peak results from transient AMPK activation. Finally, we find that the loss of amplitude in expression rhythms observed when AMPK is depressed may be pharmacologically rescued using a timed REV-ERB agonist administration, suggesting strategies to fight against high fat diet-induced obesity

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Muller, Christophe. "Relations structure-activité pour le métabolisme et la toxicité." Phd thesis, Université de Strasbourg, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00834868.

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Abstract:

Prédire à l'avance quels composés seront toxiques chez l'homme ou non représente un réel challenge dans le monde pharmaceutique. En effet, les mécanismes à l'origine de la toxicité ne sont pas toujours bien connus, et à cela s'ajoute le fait qu'un composé peut devenir néfaste seulement après qu'il ait été métabolisé. Nous proposons ici une approche originale utilisant les graphes condensés de réactions afin de modéliser les réactions métaboliques et prédire le devenir des xénobiotiques dans l'organisme humain. Différentes formes de toxicité sont aussi prédites : la mutagénicité et l'hépatotoxicité. Pour cette seconde toxicité, l'approche utilisée est la première à notre connaissance à prédire avec succès les molécules toxiques décrites par des données autres que résultant d'observations in vivo.

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Ramaekers, Ariane. "Etude de la fonction du récepteur métabotropique du glutamate de la drosophile, DmGluRA." Montpellier 2, 2001. http://www.theses.fr/2001MON20153.

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Marmiesse, Lucas. "Mathematical modelling of the transcriptional network controlled by MYB30 and MYB96, two transcription factors involved in the defence response of the model plant Arabidopsis thaliana." Thesis, Toulouse 3, 2016. http://www.theses.fr/2016TOU30278.

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Abstract:

Au cours des années, de nombreuses données ont été accumulées concernant le rôle et la régulation des facteurs de transcription MYB30 et MYB96 lors des réponses de défense de la plante Arabidopsis thaliana à l'attaque de bactéries pathogènes. Mon travail de thèse a consisté en la mise en place de méthodes de modélisation mathématique afin d'étudier l'effet de ces facteurs de transcription sur le métabolisme de la plante durant l'infection. Pour cela, j'ai développé des méthodes hybrides capables de combiner l'analyse de réseaux de régulation et du métabolisme. Ces études ont pu mettre en évidence l'importance de MYB96 qui semble réguler de nombreux gènes impliqués dans la biosynthèse d'acides gras à très longue chaîne et de leurs dérivés Over the years, a lot of data has been accumulated concerning the role and regulation of MYB30 and MYB96 transcription factors during the defence responses of the plant Arabidopsis thaliana in response to pathogenic bacteria. My PhD project consisted in using mathematical modelling methods to study the role of these transcription factors on plant metabolism during infection. I developed hybrid methods capable of combining analyses of regulatory and metabolic networks. These studies showed the importance of MYB96 which seems to positively regulate many genes involved in the biosynthesis of very long chain fatty acids and their derivatives

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Portais, Jean-Charles. "Etude par spectroscopie de RMN du carbone-13 du métabolisme intermédiaire de cellules gliales normales et tumorales." Bordeaux 2, 1993. http://www.theses.fr/1993BOR28269.

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Zulkower, Valentin. "Etude de la dynamique des mécanismes de la répression catabolique : des modèles mathématiques aux données expérimentales." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2015. http://www.theses.fr/2015GREAM080/document.

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Abstract:

La répression catabolique désigne un mode de régulation très répandu chez les bactéries, par lequel les enzymes nécessaires à l'import et la digestion de certaines sources carbonées sont réprimées en présence d'une source carbonée avantageuse, par exemple le glucose dans le cas de la bactérie E. coli. Nous proposons une approche mathématique et expérimentale pour séparer et évaluer l'importance des différents mécanismes de la répression catabolique. En particulier, nous montrons que l'AMP cyclique et l'état physiologique de la cellule jouent tous deux un rôle important dans la régulation de gènes sujets à la ré- pression catabolique. Nous présentons également des travaux méthodologiques réalisés dans le cadre de cette étude et contribuant à l'étude des réseaux de régulation génique en général. En particulier, nous étudions l'applicabilité de l'approximation quasi-stationnaire utilisée pour la réduction de modèles, et présentons des méthodes pour l'estimation robuste de taux de croissance, activité de promoteur, et concentration de protéines à partir de données bruitées provenant d'expériences avec gènes rapporteur Carbon Catabolite Repression (CCR) is a wide-spread mode of regulation in bacteria by which the enzymes necessary for the uptake and utilization of some carbon sources are repressed in presence of a preferred carbon source, e.g., glucose in the case of Escherichia coli . We propose a joint mathematical and experimental approach to separate and evaluate the importance of the different components of CCR. In particular, we show that both cyclic AMP and the global physiology of the cell play a major role in the regulation of the cAMP-dependent genes affected by CCR. We also present methodological improvements for the study of gene regulatory networks in general. In partic- ular, we examine the applicability of the Quasi-Steady-State-Approximation to reduce mathematical gene expression models, and provide robust meth- ods for the robust estimation of growth rate, promoter activity, and protein concentration from noisy kinetic reporter experiments

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Thomas-Junius, Claire. "Implications de la respiration mitochondriale et des transporteurs de lactate, dans l'évolution de la lactatémie, au décours d'exercices supramaximaux : relations avec des indices de performance et de fatigue." Montpellier 1, 2004. http://www.theses.fr/2004MON1T018.

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Abstract:

LA CINETIQUE DE LA DECROISSANCE DE LA LACTATEMIE AU DECOURS D'EXERCICES MAXIMAUX ET SUPRAMAXIMAUX CHEZ L'HOMME SUIT UN MODELE BI-EXPONENTIEL (La(t) = La(0) + A1 (1-exp(-γ1. T)) + A2 (1-exp(-γ2. T)) DONT LA DEUXIEME CONSTANTE DE VITESSE (γ2) REFLETE LA CAPACITE DE L'ORGANISME A METABOLISER LE LACTATE. NOS DIFFERENTS TRAVAUX SE SONT FOCALISES SUR LA CINETIQUE DE LA LACTATEMIE AU COURS DE LA RECUPERATION D'UN EXERCICE SUPRAMAXIMAL, ET LES DIFFERENTS ELEMENTS CONSTITUTIFS DE LA NAVETTE DU LACTATE (RESPIRATION MITOCHONDRIALE ET TRANSPORTEURS DU LACTATE) AINSI QUE LEURS REPONSES RELATIVES A UNE SUPPLEMENTATION NUTRITIONNELLE ENRICHIE ESSENTIELLEMENT EN ACIDES AMINES RAMIFIES ET ANTIOXYDANTS. CHEZ DES SUJETS PRESENTANT DIFFERENTS NIVEAUX D'ENTRAINEMENT, NOS PRINCIPAUX RESULTATS MONTRENT UNE RELATION ENTRE LA COMPOSANTE γ2 ET LES PARAMETRES DU SYSTEME DE TRANSPORT DU LACTATE D'UNE PART, A SAVOIR L'EXPRESSION DES TRANSPORTEURS MCT1, MAIS PAS AVEC CELLE DES TRANSPORTEURS MCT4, ET D'AUTRE PART, LA CAPACITE MAXIMALE OXYDATIVE DU MUSCLE SQUELETTIQUE. TOUTEFOIS, L'EXPRESSION DES TRABSPORTEURS MCTs N'EST PAS TOUJOURS EN RELATION AVEC LES INDEX DE LA CAPACITE OXYDATIVE. PAR AILLEURS, UNE SUPPLEMENTATION NUTRITIONNELLE EN ACIDES AMINES BRANCHES AFFECTE L'EVOLUTION DE LA LACTATEMIE AU DECOURS D'EXERCICES SUPRAMAXIMAUX, SANS INTERFERER SUR DES PARAMETRES DU METABOLISME DU LACTATE, COMME LA CAPACITE MAXIMALE OXYDATIVE. AUSSI, BIEN QUE CERTAINS ELEMENTS DE LA NAVETTE DU LACTATE SOIENT RESPECTIVEMENT ASSOCIES A LA CAPACITE D'ELIMINATION DU LACTATE APRES UN EXERCICE SUPRAMAXIMAL, LEURS ADAPTATIONS PEUVENT ETRE DISSOCIEES EN REPONSE A UN ETAT D'ENTRAINEMENT DONNE. DE PLUS, LES AUGMENTATIONS DE L'EXPRESSION DU MCT1, DE LA CAPACITE MAXIMALE OXYDATIVE OU DE L'APPORT EXOGENE D'ACIDES AMINES RAMIFIES ET ANTIOXYDANTS, ONT UN ASPECT BENEFIQUE DANS LE RETARD DE L'APPARITION DE LA FATIGUE AU COURS D'EXERCICES SUPRAMAXIMAUX CONTINU OU INTERMITTENT.

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Domingues, Santos João Pedro. "Métabolisme socio-écologique des territoires d’élevage : une approche de comptabilité environnementale." Thesis, Paris, Institut agronomique, vétérinaire et forestier de France, 2017. http://www.theses.fr/2017IAVF0026/document.

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Abstract:

Au cours du XXème siècle, l’élevage français a connu un formidable développement dont la poursuite se trouve actuellement fragilisé. L’effort de recherche sur la durabilité de l’élevage s’est focalisé sur la performance économique et environnementale, principalement au niveau de l’animal et de la ferme. Peu de travaux ont abordé les trois piliers de la durabilité à des échelles territoriales où les différentes filières animales se combinent. Une approche articulant l’élevage de ruminants et monogastriques à l’occupation du sol et à l’utilisation des ressources au niveau territorial fait actuellement défaut. Cette thèse développe une évaluation holistique de l’élevage dans les territoires métropolitains en mobilisant une batterie d’indicateurs abordant les contributions positives et négatives de l’élevage. Pour l’ensemble du territoire métropolitain, nous avons constitué trois bases de données à l’échelle départementale. La première base contient des indicateurs socioéconomiques, d’occupation du sol, et de production animale sur la période 1938-2010. La seconde base fournit pour 2010 des indicateurs de production animale et végétale. La troisième base fournit des indicateurs mesurant la contribution de l’élevage à la fourniture de services culturels, socioéconomiques et environnementaux. Avec la première base, nous avons modélisé les trajectoires d’intensification de l’élevage depuis 1938 et identifié les déterminants des dynamiques de changement de l’élevage. Avec la deuxième base, nous formalisé le métabolisme territorial de l’azote, duquel nous avons dérivés six indicateurs pour évaluer la durabilité de l’élevage. Avec la troisième base, nous avons modélisé le lien entre le niveau actuel de fourniture de services et les trajectoires d’intensification. Nos résultats révèlent une différentiation territoriale de l’intensification de l’élevage depuis 1938. Productivité et densité animale ont triplé dans les territoires de l’Ouest, et augmenté de 1.6 dans les territoires de l’Est et du Massif Central. Dans les territoires sans élevage, la surface fourragère principale a reculé de plus de la moitié, tandis que la taille des fermes a triplé et la productivité du travail a quadruplé. Le métabolisme territorial révèle un arbitrage entre autonomie en azote et productivité animale. Les impacts locaux (surplus azoté / ha) et globaux (émissions excrétion azoté / kg de produit) forment un arbitrage difficile à atténuer. L’analyse des contributions positives de l’élevage montre que les territoires ayant suivi une trajectoire herbagère fournissent des services sociaux, environnementaux et culturels; alors que les territoires hébergeant les élevages les plus productifs fournissent surtout des services socio-économiques (emplois). De par sa profondeur historique et sa couverture spatiale, cette thèse offre une analyse inédite de l’élevage et de ses performances dans les territoires. Elle apporte des connaissances pour identifier des leviers de durabilité pour l’élevage de demain The development of the livestock sector in the past century undergone a strong intensification. The current heterogeneity of livestock areas in France may have arisen from a spatial differentiation of intensification process. Different degrees of disconnection between livestock and land have resulted in contrasted levels of performance and impacts across areas. To date, a lot of research effort has been directed at measuring environmental impacts and economic performance of livestock systems at the farm level. Insufficient attention has been paid to the three dimensions of sustainability and to trade-offs among them. Existing livestock heterogeneities across areas also deserve more research. An approach that enables connecting livestock to land and resources, at regional level, could bring novel insights on the role of livestock in use and transformation of resources. The goal of this PhD was to develop a holistic assessment of livestock areas using multimetric indicators encompassing positive and negative contributions. We compiled three databases at the department level: i) database 1 was related to socioeconomic, land use, and production characteristics of 88 French departments, within an extensive time frame (1938-2010); ii) database 2 included data on crop, fodder and livestock production for year 2010; iii) database 3 included measures of provision of cultural, environmental and social services for 60 departments. With the first database, we created a typology of intensification trajectories based on a multivariate approach. With the second database, we assessed the nitrogen metabolism of livestock areas, based on the material flows accounting (MFA) approach, from which we derived indicators of performance and impacts to study synergies and trade-offs. With the third database, we studied the influence of past intensification on the current provision of services by the livestock sector. A multivariate approach was used to assess how different rates of change in intensification variables determined contrasted levels of services. First, we showed that the intensification of the French livestock sector was spatially differentiated and based on four trajectories, ranging from extensive to intensive livestock areas, and from crop specialized to areas where livestock had a small share of national production. Livestock productivity and stocking rates had a 3 fold increase in intensive areas, whereas extensive areas had a 1.6 fold increase. Crop specialized areas lose more than half of their original fodder area, and tripled the average farm size and more than quadrupled their labor productivity. Non-dominated livestock areas lose 30% of initial livestock population, and half of their initial fodder area. Second, the study of synergies and trade-offs revealed that gains in efficiency and economies of scale, often compromised other dimensions, e.g. through increased environmental impacts. The spatial analysis of relationship between performance and impacts revealed two types of synergies linked to the type of impact, either land or product-based. Both of which were in trade-off. Third, we showed that the provision of services was spatially structured and based on three types of service bundles, determined by different rates of change in intensification variables. Changes towards grazing systems resulted in higher provision of environmental and cultural services, whereas changes towards intensive systems resulted in higher levels of social services; but this was achieved at the cost of environmental services. This PhD thesis furthered the understanding on the temporal trajectories of livestock sector across areas in France. This knowledge could help to improve livestock sustainability. Our work provided knowledge on the drivers that shaped current intensification patterns and the provision of cultural, environmental and social services. It could be used to examine options for desirable longterm changes of the livestock sector

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Russo, Christophe. "Dynamique et modularité de la voie Mitogen Activated Protein Kinase dans les ovocytes de Xénope : modélisation et approches expérimentales." Thesis, Lille 1, 2009. http://www.theses.fr/2009LIL10109/document.

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Abstract:

Le contexte scientifique de cette thèse considère l’étude de la voie de signalisation Mos-MEK-MAPK dans l’ovocyte de Xenopus laevis au cours de la transition G2/M du cycle cellulaire. Une approche interdisciplinaire a conduit à l’élaboration d’une analyse, tant expérimentale que théorique de la voie Mos-MEK-MAPK. Une étude bibliographique du sujet a permis d’identifier des articles de référence dans ce domaine. Les articles de Huang, Ferrell (1998) et Angeli et al. (2004) ont procuré une base théorique pour la description des interactions au sein de la voie. Une approche critique du modèle proposé par Angeli et collaborateurs a été produite, au moyen d’une résolution analytique des équations différentielles qui le constitue. Ainsi, l’importance du choix du type de cinétique et des termes qui composent les équations a été démontrée, en particulier pour représenter l’évolution temporelle de Mos. De plus, nous avons démontré que le comportement de la cascade Mos-MEK-MAPK peut être interprété via une approche analytique dans un cadre particulier de valeurs de paramètres. En outre, des résultats inédits quant à l’évolution temporelle de Mos sur de longues périodes de culture après stimulation par la progestérone, ont été observés en présence d’un inhibiteur de MEK, l’U0126. Par ailleurs, la maturation des ovocytes de Xenopus laevis a été stimulée par injection de cytoplasme contenant du MPF en présence ou non de U0126. Des analyses par western blot ont permis d’évaluer l’accumulation au cours du temps de la protéine Mos, et des états de phosphorylation de MEK, MAPK, ainsi que de la cycline B2. Il a été mis en évidence l’importance de l’activation du MPF pour l’accumulation de Mos. Le MPF peut être activé en absence de MAPK et jouer un rôle prépondérant pour l’initiation de la voie de signalisation. Aussi, suite à ces observations expérimentales et l’analyse des modèles existants, un nouveau modèle de la cascade a été proposé, qui prend en compte trois formes différentes de la protéine kinase Mos : une forme inactive instable, une forme active instable et une forme active stable. Aux côtés de la boucle de rétro-contrôle de MAPK qui stabilise la forme active instable, l’interaction entre la forme active instable de Mos et le MPF, qui le stabilise, a été considérée. Cette dernière n’avait jamais pas été utilisée auparavant pour la modélisation de la cascade Mos-MEK-MAPK. Cette approche constitue la première proposition de modèle biologiquement et physiquement réaliste de ce réseau. La paramétrisation du modèle s’est fondée sur trois sources distinctes : (1) des mesures expérimentales trouvées dans la littérature, (2) un choix arbitré par la connaissance du comportement du modèle, (3) des estimations théoriques, à partir de plages fixées expérimentalement. Une analyse des équilibres du modèle par bifurcation a permis de discuter de l’influence des valeurs des paramètres sur le comportement de la cascade. Cette approche permet de produire une prédiction sur le comportement de la cascade en fonction de la variation de concentration de MPF ainsi que sur l’influence de l’intensité de l’interaction entre MAPK et la forme active instable de Mos. Les résultats de simulation obtenus avec le modèle ont été confrontés aux observations issues des expériences. Une bonne corrélation a été observée dans une optique qualitative The scientific context of this thesis is based on the study of the signaling pathway Mos-MEK-MAPK in Xenopus laevis ovocytes during the G2/M transition of the cell cycle. An interdisciplinary approach from the biological and physical sciences led us to an experimental and theoretical analysis of the pathway. A bibliographical study identified the key articles related to this field. The articles of Huang, Ferrell (1998) and Angeli et al. (2004) gave us a theoretical basis to describe the interactions within the pathway. A critical analysis of the latter paper has been performed by means of an analytical solution of the differential equations defining the model proposed by Angeli and colleagues. Thus, the importance of the kinetic formulation type and the choice of the mathematical terms of the equations has been underlined ; especially in regard to the time variation of the Mos protein. Moreover, we have proposed an interpretation of the Mos-MEK-MAPK cascade behavior via an analytical approach within the context of the experimental parameter values given by Angeli. In addition, new results regarding to the long time evolution of Mos protein have been recovered when the ovocytes are stimulated with progesterone in presence of MEK inhibitor U0126. Furthermore, ovocytes of Xenopus laevis were stimulated by MPF in presence or absence of U0126. Western blot analysis gave information about the time evolution of Mos accumulation and the states of MEK, MAPK and cyclin B2 phosphorylation. Data showed the importance of MPF in Mos accumulation. In absence of MAPK, MPF is produced and plays an important role in the initiation of the signaling pathway. In contrast to other models, our model has been proposed to take into account three forms of the Mos protein : an unstable inactive state, an unstable active state and a stable active state. The model considers the influence of either MPF and MAPK on the accumulation of the active stable of Mos. The influence of MPF has never been used in previous model of the Mos-MEK-MAPK signaling pathway. Our model is based on a biological and physical point of view. The parametrization of the model is based on : (1) experimental values found in literature, (2) arbitrary values constraints by the known system behavior, (3) theoretical estimations from interval of experimental values. Bifurcation analysis of the system indicated the influence of the parameters values on the system behavior and equilibrium states. This approach produces a prediction for the behavior of the cascade in function of the MPF concentration value. It produces also a discussion for the strength of the interactions between MAPK and the active non-stable form of Mos protein. Simulation results from our model were compared with the experimental observations from our experiments. A good qualitative agreement was found

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Morchain, Jérôme. "Etude et modelisation des couplages entre cinetiques physiques et biologiques dans les reacteurs de grand volume." Toulouse, INSA, 2000. http://www.theses.fr/2000ISAT0005.

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Abstract:

Les travaux presentes dans memoire sont bases sur l'analyse des bassins de lagunage aere et concernent le developpement d'outils permettant l'analyse des couplages entre l'hydrodynamique, le transfert d'oxygene et les reactions biologiques dans les reacteurs biologiques de grandes dimensions. L'analyse bibliographique montre que la problematique est commune a l'ensemble des reacteurs biologiques aeres heterogenes dans lesquels la qualite du melange est faible. Les codes de mecanique des fluides numerique (fidap et fluent) sont utilises pour calculer l'hydrodynamique 3d interne des bassins de lagunage dans le cas ou l'injection d'air et de quantite de mouvement sont localisees. L'etude revele l'existence d'un couplage important entre la structure de l'ecoulement et l'efficacite du transfert d'oxygene. Dans une seconde partie, deux modeles de reactions biologiques integrant la notion de transfert entre phase liquide et phase biotique sont proposes afin de prendre en compte la notion de vecu dans l'expression des taux de croissance des microorganismes. Le premier modele utilise la notion d'adaptabilite. Le second associe le concept de bilan de population et un modele metabolique pour l'etude dynamique d'une population de microorganismes. Enfin, l'association d'un modele d'ecoulement et d'un modele biologique est utilise pour l'etude du fonctionnement d'un reacteur biologique heterogene. Le modele global ainsi cree permet d'envisager une approche dynamique des couplages dans un bio reacteur aere de grandes dimensions.

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Issa, Razanne. "Analyse symbolique et inférence de modèles métaboliques." Thesis, Bordeaux, 2015. http://www.theses.fr/2015BORD0100/document.

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Abstract:

L’objectif de cette thèse est de proposer une nouvelle méthode de construction de modèles métaboliques dans le contexte de la génomique comparée. Nous avons développé un outil, ab-pantograph, permettant l’inférence de modèles métabolique se basant sur la logique abductive. Pour ce faire, nous avons introduit une représentation logique de modèles métaboliques minimaux enzymatiques, puis à partir d’un modèle métabolique dit de référence, nous avons dérivé un modèle minimal enzymatique explicite accompagné d’association de gènes. Enfin, en couplant ce modèle métabolique au génome d’un organisme cible, nous inférons par abduction un modèle enzymatique pour cet organisme cible accompagné d’un ensemble d’associations de gènes, modèle que l’on veut congruent à celui que l’on aurait pu obtenir en ayant toutes les informations pour l’organisme cible.L’outil proposé, ab-pantograph, a été développé en utilisant la programmation logique par contraintes et Hyprolog The objective of this thesis is to propose a new method of constructing metabolic models in the context of comparative genomics. We have developed a tool, abpantograph, allowing the inference of metabolic models based on the Abductive logic. To do this, we have introduced a logical representation of minimal enzymatic metabolic models and from a metabolic model called reference, we derived an explicit enzymatic minimal model accompanied by gene association. Finally, by coupling this metabolic modele with the genome of a target organism, we infer abductively a model enzyme for this target organism accompanied by a set of gene associations, pattern one wants congruent to that which is could have obtained by having all the information to the target organism. The proposed tool, ab-pantograph, has been developed using constraint logic programming and Hyprolog

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Rontein, Denis. "Métabolisme intermédiaire dans des cellules végétales : de l'expression des gènes de la phosphoénolpyruvate carboxylase à la régulation de son flux." Bordeaux 2, 2000. http://www.theses.fr/2000BOR28811.

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Cakpo, Coffi Belmys. "Analyse multi-espèces de la croissance et du métabolisme des sucres en lien avec la qualité des fruits : approche par modélisation écophysiologique Inter-species comparison of sugar and starch accumulation patterns." Thesis, Avignon, 2019. http://www.theses.fr/2019AVIG0717.

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Abstract:

Depuis quelques années, la demande de produits de qualité est devenue importante pour les différents acteurs de la filière « fruits », jusqu’aux consommateurs pour des aspects gustatifs et nutritionnels. Le métabolisme des sucres est une cible évidente pour répondre à ces exigences. En effet, le métabolisme des sucres solubles fournit les précurseurs pour la synthèse des composés nécessaires à la croissance et au développement (composés structuraux), mais également à la synthèse des composés qui confèrent les valeurs gustatives comme les sucres solubles et les acides organiques. C’est pourquoi la compréhension des processus impliqués dans leurs accumulations au cours du développement des fruits est nécessaire. Par conséquent, la compréhension de l’élaboration de la croissance et de la qualité des fruits charnus nécessite une approche holistique. La modélisation écophysiologique offre un outil puissant pour appréhender l’interaction entre processus et un cadre unificateur pour étudier la croissance du fruit et le métabolisme des sucres en lien avec la qualité des fruits. L’objectif de cette thèse a été de mettre l’accent sur les traits impliqués dans la croissance et l’accumulation des métabolites, observés chez différentes espèces de fruits charnus.Dans ce cadre, nous avons sélectionné 10 espèces de fruits charnus (nectarine, pomme, clémentine, concombre, kiwi, fraise, poivron, aubergine, tomate, raisin) et combiné des approches expérimentales et de modélisation pour comprendre les processus majeurs qui pilotent la croissance des fruits et les concentrations en métabolites primaires (en particulier, les sucres solubles et l’amidon). Une première analyse de ces données expérimentales nous a permis de mettre en évidence une grande variabilité des caractéristiques biophysiques (masses fraîches, sèches, conductance cuticulaires, potentiel hydrique du fruit, pression osmotique, …) en relation avec leurs compositions biochimiques (sucres solubles totaux, acides organiques, amidon). Par la suite nous avons pu distinguer, au moyen d’un modèle sucres solubles/amidon développé au cours de cette thèse, les processus impliqués dans la dynamique d’accumulation du sucre. Ceci nous a permis d’obtenir des paramètres métaboliques à partir desquels nous avons pu classer les espèces en 6 groupes. La dynamique des processus impliqués dans l'accumulation du sucre a révélé chez ces espèces différentes stratégies d’accumulation et de régulation des teneurs en sucres solubles au cours de leur développement. Ce modèle a ensuite été couplé au modèle de croissance biophysique du fruit (Fishman and Génard, 1998). Le couplage a été réalisé en intégrant l’effet des sucres solubles sur le potentiel osmotique, permettant de mettre en évidence le lien entre stratégie liée à la dynamique sucres/amidon et les flux d’eau vers le fruit. Ce couplage a également nécessité l’extension du modèle biophysique de croissance en intégrant des connaissances nouvelles, en particulier sur l’évolution de la fonctionnalité des réseaux vasculaires. Le couplage des deux modèles nous a permis de décrire la croissance des fruits et les variations de la concentration des métabolites primaires, notamment les sucres solubles et l’amidon, durant la croissance du fruit. Ce couplage nous a aussi permis d’identifier les points de régulations entre les processus biophysiques et biochimiques. L’estimation des paramètres du modèle a mis en évidence des stratégies de croissance différentes entre les espèces à durée de croissance courtes et longues, stratégies associées à la fois au transport des sucres et aux propriétés hydrauliques In recent years, demand for quality products, including taste and nutritional aspects, has become important for both fruit stakeholder and consumers. Sugar metabolism is an obvious target to meet these requirements. Indeed, the metabolism of soluble sugars provides the precursors for the synthesis of compounds necessary for growth and development (structural compounds), but also for the synthesis of compounds involved in fruit tasting value such as soluble sugars, organic acids, anthocyanins and aromatic compounds. In addition to these functions, the metabolism of soluble sugars contributes to the regulation of water import, which is essential for fruit growth. Therefore, understanding the development of fleshy fruit quality requires a holistic approach. Ecophysiological modeling offers a powerful tool to understand the interaction between processes and a unifying framework to study fruit growth and sugar metabolism in relation to fruit quality.The aim of this thesis was to investigate similarities and differences in fruit growth and sugar accumulation strategies across 10 contrasting species of fleshy fruits (nectarine, apple, clementine, cucumber, kiwi, strawberry, pepper, eggplant, tomato, and grape). We used a combination of experimental and modelling approaches to understand the major processes that control fruit growth and primary metabolite concentrations (in particular, soluble sugars and starch).A first analysis of experimental data allowed us to highlight a great variability both in the biophysical characteristics (fresh, dry masses, cuticular conductance, hydric potential of the fruit, osmotic pressure,...) and in the biochemical composition (total soluble sugars, organic acids, starch) of fleshy fruits.We then developed a generic sugar model and used it to quantify the effects of major physiological and dilution processes that affect sugar concentration in fruits.Results showed that the ten species of this study can be split up into 6 groups based on their metabolic profiles. Inspection of the dynamics of the processes involved in sugar accumulation revealed the existence of distinct accumulation patterns across species, during fruit development.The sugar model was then coupled to a biophysical model of fruit growth (Fishman and Génard, 1998). The coupling was carried out by integrating the effect of soluble sugars on osmotic pressure, making it possible to highlight the link between sugar/starch dynamics and water flows to the fruit. This coupling also required the extension of the biophysical growth model, in particular in what concerns the evolution of vessel functionThe integrated sugar-growth model allowed us to reproduce differences in fruit growth curves and in the evolution of metabolite concentration, including soluble sugars and starch, during fruit development. The estimation of the model parameters revealed different growth strategies between species with short and long growth durations, strategies associated with both sugar transport and hydraulic properties

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Koubaa, Mohamed. "Étude comparative du métabolisme des lipides dans les embryons de lin et de colza producteurs d'acides gras inhabituels ou non : modélisation des systèmes." Compiègne, 2012. http://www.theses.fr/2012COMP1995.

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Abstract:

Deux plantes oléagineuses (le lin et le colza) ont été étudiées dans ce travail. Les plantes de lin ont été obtenues par croisement entre deux variétés parentales différentes. Une seule lignée de lin (198) présentant la teneur en huile et en C18:3 les plus faibles (25 % et 2. 5 %, respectivement), a été choisie dans le but d'identifier l'origine de cette faible production et d'étudier les perturbations métaboliques qui ont eu lieu. Les plantes de colza utilisées, ont été obtenues suite à l'introduction dans le génome d'un ou plusieurs gènes (td, pccase et ks) afin de produire des acides gras méthylés. Cependant, cette production était très faible, ne dépassant pas les 0. 2 % à 15 JAF, et disparaissant à maturité. Une analyse transcriptomique a été réalisée sur les embryons de lin sélectionnés. L'analyse des résultats a permis de proposer des hypothèses sur l'origine de la faible teneur en huile et de la faible production d'acide linolénique dans la lignée 198. En effet, cette faible production est probablement due a une sous-expression du gène codant pour la PDC, alors que la faible teneur en C18:3 dans la lignée 198 est probablement due à un dysfonctionnement de la FAD3. Les modifications génétiques sont souvent accompagnées par des perturbations métaboliques. Ces perturbations peuvent être identifiées par l'analyse des flux métaboliques. Au cours de ce travail, nous avons mis au point toutes les étapes nécessaires à l'obtention des flux métaboliques au niveau des embryons de colza et de lin. Nos résultats montrent que l'intégration des données d'enrichissement sur les sucres modifie les flux finaux Two oilseed plants (linseed and rape) were studied in this work. A collection of linseed plants were obtained by crossing two different parent varieties. A single line of linseed (198) presenting the lowest oil and C18:3 contents (25% and 2. 5%, respectively), was chosen. Transgenic rapeseed plants were obtained after introduction of one to three genes (td, pccase, ks) into their génome to promote the synthesis of branched chain fatty acids. However, this production was very low, not exceeding 0. 2 % at 15 DAF, and disappearing at maturity. In both cases, the aim of this study was to identify the reason of these low productions by exploring the metabolic changes that took place. A transcriptomic analysis, using NimbleGen microarrays, was carried out on developing linseed embryos. Our results show that the origin of these low oil content in line 198 would be probably due to an under-expression of the gene encoding the PDC, whereas the low C18:3 in line 198 is probably due to a dysfunction of the FAD3. Transcriptomic results were confirmed by enzyme assays. Genetic changes are often accompanied by metabolic redirections. These redirections can be identified by the analysis of metabolic fluxes in embryos during their development. In this work, we have developed all methodologies (isotopic labeling, selective extractions. . . ) leading to obtaining metabolic fluxes in rapeseed and linseed embryos. Our results show that the integration of enrichment data of sugars modifies fluxes; the flux differences in rapeseed embryos are not significant, while some flux differences in glycolysis and the pentose phosphate pathway, were observed between flax lines

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Suchaud, Virginie. "Conception, synthèse et activités biologiques de nouveaux inhibiteurs de fonctions enzymatiques du VIH-1 en séries quinoléine et isoquinoléine." Thesis, Lille 1, 2011. http://www.theses.fr/2011LIL10198.

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Abstract:

Depuis son apparition dans les années 80, le SIDA est déjà responsable de la mort de 25 millions de personnes et reste un défi majeur pour les chercheurs. En raison de son fort taux de mutation, le VIH-1, agent causal du SIDA, développe des résistances vis-à-vis des médicaments utilisés en multithérapies, ce qui nécessite la mise en place de nouvelles stratégies. Après la mise sur le marché du Raltegravir (2007), premier inhibiteur de l’intégrase, des résistances ont déjà été constatées. Le laboratoire s’est intéressé à la synthèse de deux nouvelles séries d’inhibiteurs de fonctions enzymatiques du VIH: l’intégrase (IN) et la fonction ribonucléase H (RNase H) de la transcriptase inverse. Ces 2 étapes clés de la réplication virale nous ont paru pertinentes à cause de la structure similaire des sites catalytiques de ces deux enzymes capables de complexer deux cations magnésium. Nous avons, dans un premier temps, élaboré une série de 3-hydroxyquinoléin-2(1H)-ones. Nous présentons ici la synthèse de ces composés, leurs capacités de complexation des ions magnésium ainsi que leurs activités biologiques sur IN et RNase H (inhibition des activités enzymatiques, inhibition de la réplication virale et cytotoxicité sur cellules MT-4). Dans un deuxième temps, nous avons développé une série de 2-hydroxyisoquinoléine-1,3-diones qui présente un profil antiviral différent de celui du raltegravir tout en agissant sur l’IN du VIH-1. La synthèse et les résultats biologiques sur IN seront détaillés. Pour ces deux séries de molécules, une étude de docking moléculaire a été réalisée afin de mieux comprendre les relations structure/activité Since it appeared in the eighties, AIDS has been responsible for the death of more than 25 million people and has become the most challenging pandemic of the 21st century. Multi-therapies can achieve a significant reduction of the viral load in HIV-1 infected patients but is noticeably limited by the emergence of multidrug resistant viral strains. New strategies aimed at inhibiting virus replication are still necessary. In 2007, the FDA approved raltegravir, the first drug inhibiting the HIV-1 integrase (HIV-1 IN). It led to strongly encouraging clinical results but resistant viral strains have already appeared. The laboratory was interested in the synthesis of two series of new HIV-1 enzymatic functions inhibitors: integrase and ribonuclease H of reverse transcriptase. These two key steps of the viral replication are promoted by structurally-related catalytic cores, which are able to chelate two magnesium cations. First, we decided to investigate a series of 3-hydroxyquinolin-2(1H)-ones. Herein we present the synthesis of these compounds, their magnesium chelating properties and their biological activities (integrase and RNase H inhibitory activities, viral replication inhibition and cytotoxicity on MT-4 cells). Then, we developed a series of 2-hydroxyisoquinolin-1,3-diones which inhibits integrase with different profiles from that of raltegravir. The synthesis and biological activities of this series will be described. Finally, docking studies were made to better understand structure/activities relationships

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Acket, Sébastien. "Implication du métabolisme carboné pour une production différentielle d'huile chez les plantes oléagineuses-Lin : modélisation des systèmes." Thesis, Compiègne, 2015. http://www.theses.fr/2015COMP2168/document.

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Abstract:

Les graines de lin sont composées de teneurs élevées en huile (45 g d’huile/100g MS) stockées sous forme de triglycérides dans l’embryon (Venglat et al., 2011). Ces huiles hautement insaturées sont utilisées depuis de nombreuses années pour des applications industrielles (vernis, linoleum…). Toutefois, ces huiles riches en oméga-3 présentent également une grande importance pour la santé humaine. Pour cette raison, l’industrie alimentaire est particulièrement intéressée pour développer des produits enrichis en huile de lin. Pour répondre à cette demande, il est nécessaire de sélectionner des cultivars accumulant plus d’huile. Afin de sélectionner efficacement de telles plantes, il est nécessaire d'acquérir des connaissances sur les mécanismes de synthèse, d’accumulation et de régulation des huiles dans les graines oléagineuses (Sharma et Chauhan 2012). Pour comprendre les accumulations des huiles dans les graines de lin et leurs régulations, deux lignées de lin ayant des teneurs en huile différent ont été sélectionnées (Astral : 44,6 ± 0,2 g d’huile/100g MS ; 238 : 37,0 ± 0,7 g d’huile/100g MS). Dans ce travail, nous avons déterminé les différences d’accumulation des composées de la graines entre les deux lignées dans les embryons, les téguments, la différence d’expression des gènes dans ces embryons et ces téguments, et analyser les flux métaboliques dans les embryons des deux lignées de lin durant la synthèse des acides gras. Ces études ont montré : (i) que les embryons de lin Astral qui accumule plus d’huile dans ses embryons accumule moins de protéines dans les embryons, (ii) que les téguments de lin Astral accumule moins de proanthocyanidines et de protéines que dans les téguments de la lignée 238, (iii) qu’aucun lien avec l’accumulation différente en huile dans les embryons et la différence d’accumulation dans les téguments n’a pu être mis en évidence, (iii) que le glucose est le précurseur carboné permettant la synthèse des acides gras, (iv) que le flux de carbone permettant la synthèse des acides gras passe majoritairement par la glycolyse cytosolique jusqu’au PEP cytosolique qui est transporté dans le plaste pour être convertie en pruvate puis acétylCoA, précurseur de la synthèse des acides gras, (v) que le flux permettant la synthèse de G3P est 29 fois plus élevée que dans les embryons de lin 238 que dans les embryons de lin Astral, (vi) : que la surexpression du gène codant pour la DHAP synthase (genolin_c54022 317) et la G3PDH (genolin_c10324 594) dans les embryons de la lignée Astral/238, pourraient induire une synthèse plus importante de G3P nécessaire à la formation des triglycérides Flax seeds are composed oh high levels of oil (45 g oil / 100 g DM) stored as triglycerides in their embryos (Venglat et al., 2011). These highly unsatured oils have been used for many years for industrial applications (varnish, linoleum,...). However, these oils rich in omega-3 are also a great importance to human health. for this reason, the food industry is particularly interesed to develop innovative products enriched in linseed oil. To meet these requirements, it is necessary to develop linseed cultivars that accumulate more oils. In order to select such plants, it is necessary to acquire knowledge on mechanisms, accumulation and regulation of oils synthesis in oilseeds (Sharma and Chauhan, 2012). To better understand oil accumulation in flaxseed, two linseed genotypes presenting different level in oil content were selected (Astral : 44,6 ± 0,2 g oil / 100 MS ; 238 : 37,0 ± 0,7 g oil / 100 g DM). In this work, we determined the differences in accumulation between the two lines in embryos, integumen, the difference in gene expression in the embryos and the integument, and we analysed the metabolic flux in the embryos of both flax lines during the synthesis of fatty acids. These studies have shown : (i) the flax embryos Astral accumulates more oil in its embryo accumulates less protein in embryos, (ii) that the Astal flax husks accumulates less proanthocyanidins and proteins in teguments of the line 238, (iii) no link with the different oil accumumation in embryos and the difference in accumulation the integument could be demonstrated, (iv) that the glucose is the carbon precursor for the synthesis of fatty acids, (v) thet the flow of carbon to the synthesis of fatty acids predominantly through cytosolic glycolysis to PEP cytosolic, that is transported into the plastic for conversion to pruvate then acetylCoA, precursor synthesis of fatty acids, (vi) the flow for the synthesis of G3P in Astral embryos is 29 times higher than in the 238 embryos, (vii) the overexpression of the gene encoding the DHAP synthase (genolin_c54022 317) and G3PDH (genolin-c10324 594) in embryos of the Astral / 238, could induce a higher synthesis G3P necessary for the triglycerides

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Zhukova, Anna. "Knowledge-based scaling for biological models." Thesis, Bordeaux, 2014. http://www.theses.fr/2014BORD0427/document.

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Abstract:

Les réseaux métaboliques à l’échelle génomique décrivent les relations entre milliers de réactions et molécules biochimiques pour améliorer notre compréhension du métabolisme. Ils trouvent des applications dans les domaines chimiques, pharmaceutiques, et dans la biorestauration.La complexité de modèles métaboliques mets des obstacles á l’inférence des modèles, à la comparaison entre eux, ainsi que leur analyse, curation et amélioration par des experts humains. Parce que l’abondance des détailles dans les réseaux à grande échelle peut cacher des erreurs et des adaptations importantes de l’espèce qui est étudié, c’est important de trouver les correct niveaux d’abstraction qui sont confortables pour les experts humains : on doit mettre en évidence la structure essentiel du modèle ainsi que les divergences de celle-là (par exemple les chemins alternatives et les réactions manquantes), tout en masquant les détails non significatifs.Pour répondre a cette demande nous avons défini une généralisation des modèles métaboliques, fondée sur les connaissances, qui permet la création des vues abstraites de réseaux métaboliques. Nous avons développé une méthode théorétique qui regroupe les métabolites en classes d’équivalence et factorise les réactions reliant ces classes d’équivalence. Nous avons réalisé cette méthode comme une bibliothèque Python qui peut être téléchargée depuis metamogen.gforge.inria.fr.Pour valider l’intérêt de notre méthode, nous l’avons appliquée à 1 286 modèles métaboliques que nous avons extraits de la ressource Path2Model. Nous avons montré que notre méthode aide l’expert humain à relever de façon automatique les adaptations spécifiques de certains espèces et à comparer les modèles entre eux.Après en avoir discuté avec des utilisateurs, nous avons décidé de définir trois niveaux hiérarchiques de représentation de réseaux métaboliques : les compartiments, les modules et les réactions détaillées. Nous avons combiné notre méthode de généralisation et le paradigme des interfaces zoomables pour développer Mimoza, un système de navigation dans les réseaux métaboliques qui crée et visualise ces trois niveaux. Mimoza est accessible en ligne et pour le téléchargement depuis le site mimoza.bordeaux.inria.fr Genome-scale metabolic models describe the relationships between thousands of reactions and biochemical molecules, and are used to improve our understanding of organism’s metabolism. They found applications in pharmaceutical, chemical and bioremediation industries.The complexity of metabolic models hampers many tasks that are important during the process of model inference, such as model comparison, analysis, curation and refinement by human experts. The abundance of details in large-scale networks can mask errors and important organism-specific adaptations. It is therefore important to find the right levels of abstraction that are comfortable for human experts. These abstract levels should highlight the essential model structure and the divergences from it, such as alternative paths or missing reactions, while hiding inessential details.To address this issue, we defined a knowledge-based generalization that allows for production of higher-level abstract views of metabolic network models. We developed a theoretical method that groups similar metabolites and reactions based on the network structure and the knowledge extracted from metabolite ontologies, and then compresses the network based on this grouping. We implemented our method as a python library, that is available for download from metamogen.gforge.inria.fr.To validate our method we applied it to 1 286 metabolic models from the Path2Model project, and showed that it helps to detect organism-, and domain-specific adaptations, as well as to compare models.Based on discussions with users about their ways of navigation in metabolic networks, we defined a 3-level representation of metabolic networks: the full-model level, the generalized level, the compartment level. We combined our model generalization method with the zooming user interface (ZUI) paradigm and developed Mimoza, a user-centric tool for zoomable navigation and knowledgebased exploration of metabolic networks that produces this 3-level representation. Mimoza is available both as an on-line tool and for download atmimoza.bordeaux.inria.fr

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Aguiar, Prado Lucas De Ofeu. "Prédiction de la production et de la composition de la matière grasse du lait par modélisation : rôle des flux de nutriments absorbés." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018SACLA015/document.

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Abstract:

La composition du lait en acides gras (AG) chez la vache laitière est la résultante du métabolisme lipidique au niveau du rumen et au niveau de la glande mammaire. Dans le cadre du renouvellement des systèmes d’unités d’alimentation INRA, l’objectif de ce travail est de prédire par une approche quantitative utilisant la méta-analyse de bases de données, les flux duodénaux d’AG chez les ruminants, le transfert des AG de l’intestin à la glande mammaire, et les flux d’AG sécrétés dans le lait.Des équations de prédiction des flux duodénaux et absorbés des AG saturés, des AG impairs et ramifiés, et d’un grand nombre d’isomères des AG insaturés ont été obtenues en intégrant les effets de facteurs expérimentaux tels que la nature du fourrage, le pourcentage de concentré, la supplémentation en huiles, graines végétales, et en produits marins, et leurs interactions. Ces équations sont fonction des AG ingérés et des facteurs interférents (mode de conservation et familles botaniques des fourrages, composition du régime alimentaire, caractéristiques des animaux).Pour le transfert des AG du duodénum à la glande mammaire, les équations privilégient comme prédicteur leur flux duodénal respectif, mais utilisent aussi des paramètres digestifs ruminaux (pH, acétate, butyrate) ou des caractéristiques des rations pour les AG impairs et ramifiés, ou les AG synthétisés de novo (C4:0 à C14:0).La validation de ces modèles a été faite à partir d’une base de données externe qui a permis de coupler les deux modèles et d’évaluer leur précision. Finalement, nous proposons des équations de prédiction des AG spécifiques ainsi que des groupes d’AG présentant un intérêt nutritionnel et qui peuvent fournir une approche aux systèmes d'unités d'alimentation pour prédire leurs réponses à différents types de rations Milk fatty acids (FA) composition in dairy cows results from lipid metabolism in rumen and mammary gland. In the context of renewing the INRA feed unit system, the objective of this work is to predict, by a quantitative approach using metaanalysis, duodenal flows of FA in ruminants, FA transfer from the intestine to the mammary gland, and the secreted FA flows in the milk. Predictive equations for duodenal and absorbed saturated FA, odd and branched FA, and a large number of unsaturated FA isomers were obtained by integrating the effects of experimental factors such as the nature of the forage, the concentrate percentage, supplementation with oleaginous oils and seeds, and marine products, and their interactions.These equations are function of ingested FA and their interfering factors (forage conservation mode and botanical family, diet composition, animal factors).For the transfer of FA from duodenum to the mammary gland, the equations favor the prediction of their respective duodenal flows, but they also use ruminal digestive parameters (pH, acetate, butyrate) or dietary characteristics for odd and branched FA, or de novo synthesized FA (C4 :0 to C14 :0).Models validation was done with an external database, which allowed coupling the two models and evaluate their accuracy. Finally, we propose predictive equations for specific FA as well as FA groups of nutritional interest that can provide an approach to the INRA feed unit system to predict their milk yield responses according to different types of rations

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Petrizzelli, Marianyela. "Mathematical modelling and integration of complex biological data : analysis of the heterosis phenomenon in yeast." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019SACLS204/document.

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Abstract:

Le cadre général de cette thèse est la question de la relation génotype-phénotype, abordée à travers l'analyse du phénomène d'hétérosis chez la levure, dans une approche associant biologie, mathématiques et statistiques. Antérieurement à ce travail, un très gros jeu de données hétérogènes, correspondant à différents niveaux d'organisation (protéomique, caractères de fermentation et traits d'histoire de vie), avait été recueilli sur un dispositif demi-diallèle entre 11 souches appartenant à deux espèces. Ce type de données est idéalement adapté pour la modélisation multi-échelle et pour tester des modèles de prédiction de la variation de phénotypes intégrés à partir de caractères protéiques et métaboliques (flux), tout en tenant compte des structures de dépendance entre variables et entre observations. J’ai d'abord décomposé, pour chaque caractère, la variance génétique totale en variances des effets additifs, de consanguinité et d'hétérosis, et j’ai montré que la distribution de ces composantes permettait de définir des groupes bien tranchés de protéines dans lesquels se plaçaient la plupart des caractères de fermentation et de traits d'histoire de vie. Au sein de ces groupes, les corrélations entre les variances des effets d'hétérosis et de consanguinité pouvaient être positives, négatives ou nulles, ce qui a constitué la première mise en évidence expérimentale d’un découplage possible entre les deux phénomènes. Le second volet de la thèse a consisté à interfacer les données de protéomique quantitative avec un modèle stœchiométrique du métabolisme carboné central de la levure, en utilisant une approche de modélisation à base de contraintes. M'appuyant sur un algorithme récent, j’ai cherché, dans l'espace des solutions possibles, celle qui minimisait la distance entre le vecteur de flux et le vecteur des abondances observées des protéines. J’ai ainsi pu prédire un ensemble de flux et comparer les patrons de corrélations entre caractères à plusieurs niveaux d'intégration. Les données révèlent deux grandes familles de caractères de fermentation ou de traits d'histoire de vie dont l'interprétation biochimique est cohérente en termes de trade-off, et qui n'avaient pas été mises en évidence à partir des seules données de protéomique quantitative. L'ensemble de mes travaux permet de mieux comprendre l'évolution de la relation entre génotype et phénotype The general framework of this thesis is the issue of the genotype-phenotype relationship, through the analysis of the heterosis phenomenon in yeast, in an approach combining biology, mathematics and statistics. Prior to this work, a very large set of heterogeneous data, corresponding to different levels of organization (proteomics, fermentation and life history traits), had been collected on a semi-diallel design involving 11 strains belonging to two species. This type of data is ideally suited for multi-scale modelling and for testing models for predicting the variation of integrated phenotypes from protein and metabolic (flux) traits, taking into account dependence patterns between variables and between observations. I first decomposed, for each trait, the total genetic variance into variances of additive, inbreeding and heterosis effects, and showed that the distribution of these components made it possible to define well-defined groups of proteins in which most of the characters of fermentation and life history traits took place. Within these groups, the correlations between the variances of heterosis and inbreeding effects could be positive, negative or null, which was the first experimental demonstration of a possible decoupling between the two phenomena. The second part of the thesis consisted of interfacing quantitative proteomic data with the yeast genome-scale metabolic model using a constraint-based modelling approach. Using a recent algorithm, I looked, in the space of possible solutions, for the one that minimized the distance between the flux vector and the vector of the observed abundances of proteins. I was able to predict unobserved fluxes, and to compare correlation patterns at different integration levels. Data allowed to distinguish between two major types of fermentation or life history traits whose biochemical interpretation is consistent in terms of trade-off, and which had not been highlighted from quantitative proteomic data alone. Altogether, my thesis work allows a better understanding of the evolution of the genotype-phenotype map

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Perrillat-Mercerot, Angélique. "Modélisation et étude du métabolisme énergétique cérébral. Applications à l'imagerie des gliomes diffus de bas grade." Thesis, Poitiers, 2019. http://www.theses.fr/2019POIT2285/document.

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Abstract:

Tout ce qui vit, naît, se nourrit, se reproduit et meurt. Pour le cerveau, la question se complexifie car à la survie des neurones s'ajoute le coût de l'activité cérébrale. La question de la gestion énergétique pour les neurones est particulière car les cellules de notre cerveau évoluent de manière concertée et non par compétition. On sait avec l'imagerie médicale que l'usine neuronale ne fonctionne pas uniquement grâce au glucose ; elle utilise d'autres apports énergétiques tels que le lactate ou le glutamate pour soutenir sa production. Lorsqu'une tumeur apparaît, elle change le métabolisme énergétique pour survivre et soutenir sa propre croissance. En particulier, les cellules cancéreuses se fournissent en lactate et choisissent leur substrat préféré en fonction de l'oxygène disponible. La modélisation mathématique des substrats énergétiques est un outil de choix pour décrire et prédire de tels flux. Coupler ces modèles à des données issues de l'IRM et de la SRM permet d'améliorer la prise en charge du patient présentant un gliome.Cette thèse propose l'approche de plusieurs dynamiques en substrat dans le cerveau sain et gliomateux en se basant sur des systèmes d'équations : échanges locaux en lactate (EDO, système lent-rapide), échanges globaux en substrats (EDO), cycle glutamate/glutamine (EDR) et échanges en lactate en dimensions supérieures (EDP). Ces modèles sont expliqués, décrits grâce aux mathématiques et permettent l'élaboration de simulations ajustées selon des données patient ou issues de la littérature.L'énergie est nécessaire au maintien de la vie. Mais si votre voisin consomme une partie de vos ressources, pouvez-vous encore espérer survivre ? Everything that lives is born, eats, reproduces and dies. For the brain, the question is more complex because neurons have to survive and to support brain activity. Energy management is also particular because brain cells evolve together with no competition. Thanks to medical imaging, we know that neurons do not consume only glucose. They can use others energetic substrates such as lactate and glutamate as a power source.When a tumor appears, it changes the energetic metabolism to survive and support its own growth. In particular, cancer cells like to consume lactate. They also choose their favorite substrate based on the available oxygen. Modeling of energy substrates is useful to describe and predict energetic kinetics and changes. Mathematical models could get with clinical and medical results to describe, explain or predict low grade glioma dynamics. They can help to characterize and quantify a tumor evolution, then leading to improve their therapeutical management. Exchanges between mathematics and MRI (and MRS) enable to get accurate data and to build suitable mathematical models.This thesis deals with several approaches of substrates dynamics in healthy and gliomatous brains. These researches are based on systems of equations. We model local lactate exchanges (ODE, fast-slow systems), global substrates exchanges (ODE), glutamate/glutamine cycle (RDE) and local lactate exchanges in higher dimensions (PDE). We describe, analyze and give simulations of these models. Simulations are fitted on patient MRI data or literature data. Energy is necessary to live. But if your neighbor consumes a part of your resources, can you still survive ? Tutto ciò che vive nasce, si nutre, si riproduce e muore. Per il cervello, la questione è più complessa perché i neuroni devono sopravvivere e sostenere l'attività cerebrale. La gestione energetica cerebrale è particolare anche perché le cellule cerebrali evolvono insieme, senza concorrenza. Inoltre, grazie alle immagini mediche, sappiamo che i neuroni non consumano solo del glucosio ma usano altri substrati energetici come il lattato o il glutammato.Quando un tumore si stabilisce, cambia il metabolismo energetico del cervello per sopravvivere e sostenere la propria crescita. In particolare, cellule tumorali consumano del lattato e scelgono il loro substrato preferito basandosi all'ossigeno disponibile.La matematica, e in particolare l'elaborazione di modelli matematici può aiutarci a ottimizzare i dati disponibili, che possono essere, di volta in volta, delle proprietà cellulare o delle lastre MRI o MRS. La modellizzazione dei substrati energetici potrebbe descrivere, spiegare o prevedere le dinamiche energetiche nel cervello.Questa tesi tratta di diversi approcci della dinamica dei substrati nei cervelli sani e gliomatosi. Queste ricerche si basano su sistemi di equazioni. Modellizziamo scambi locali di lattato (ODE, sistemi fast-slow), scambi globali di substrati (ODE), ciclo glutammato/glutammina (RDE) e scambi locali di lattato in dimensioni superiori (PDE). Descriviamo, analizziamo e diamo simulazioni di questi modelli. Le simulazioni sono adeguate su dati MRI paziente o dati di letteratura.Per vivere, l’energia è una necessità. Ma se i Suoi vicini consumassero le Sue risorse, riuscirebbe ancora a sopravvivere ?

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Gnimpieba, Zohim Etienne. "Modélisation bioinformatique des réseaux de régulation génétique et métabolique : application à l'étude du comportement des cellules exposées au déficit en folates et à des contaminants alimentaires en cause dans la génèse du cancer." Compiègne, 2011. http://www.theses.fr/2011COMP1954.

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Abstract:

L'analyse des réseaux biologiques est confrontée à la complexité des régulations entre les différentes entités en présence (gènes, métabolites, enzymes, facteurs de transcription). Dans cette thèse, nous proposons une approche générale afin de mieux intégrer les régulations de l'expression des gènes dans l'étude du comportement des réseaux métaboliques. Le but visé par les trois parties de notre approche est de faciliter l'identification des cibles potentielles de la dérégulation des processus biologiques spécifiques. Ainsi notre approche a été appliquée à l'étude du métabolisme des monocarbones (MMC). La première partie de notre approche consiste à concevoir des modèles mathématiques en se basant sur la théorie des systèmes dynamiques avec intégration des conditions expérimentales dans l'identification des paramètres de chaque modèle. Dans cette partie, nous construisons un modèle continu de réseau métabolique en intégrant les conditions expérimentales à l'aide de la programmation logique. Cette partie nous permet de compléter la démarche usuelle de modélisation continue des réseaux métaboliques en y intégrant les connaissances biologiques en fonction des conditions expérimentales. Une application de notre méthode sur le MMC nous a permis d'étudier le déficit en folates, la mutation génétique de la MTHFR avant d'isoler les métabolites qui sont modulées par ces anomalies biologiques. La deuxième partie porte sur l'analyse bioinformatique des données d'expression des gènes (ADE). Nous avons proposé dans cette partie une démarche intégrée en 12 étapes pour l'analyse des données d'expression des gènes issues des techniques microarray et de PCR. Cette démarche a été appliquée à 4 jeux de données expérimentales pour étudier l'impact des contaminants alimentaires (arsenic et fumonisine) sur la régulation des processus biologiques. Les résultats obtenus ont permis de valider expérimentalement certaines hypothèses de la première partie et de comprendre l'impact de ces contaminants alimentaires sur les gènes du MMC en présence ou en l'absence des folates. La troisième partie du travail consiste à construire formellement la relation entre le gène et le métabolite. Nous avons alors construit un réseau de régulation floue à partir des résultats d'analyse d'expression de gènes de la partie précédente. Le réseau a été construit en utilisant la théorie de la logique floue et les contraintes spécifiques issues des connaissances de la littérature et du réseau métabolique de la première partie. Une fois le réseau des gènes construit, nous avons intégré l'influence des facteurs de transcription et le modèle métabolique de la première partie afin d'obtenir le modèle de la régulation gène-métabolite. L'application de notre approche à l'étude du métabolisme des monocarbones a permis de comprendre l'influence du déficit en donneur du groupement méthyle (le 5-méthyltétrahydrofolate) et l'influence de la présence de contaminants alimentaires (arsenic et fumonisine B1). Les résultats montrent par simulation que le déficit en groupement méthyle provoque des modifications transcriptionnelles dans les voies de transméthylation et de reméthylation. Ce qui a été confirmé expérimentalement avec les données d'expression des gènes Biological networks analysis is faced with the complexity of regulations between the different entities involved (genes, metabolites, enzymes, transcription factors). We propose here a general approach to better integrate the regulation of gene expression in the study of the behavior of metabolic networks. The goal of the three parts of our approach is to facilitate the identification of potential targets for the deregulation of specific biological processes. Thus our approach has been applied to the study of one carbon metabolism (MMC). The _rst part of our approach is to design mathematical models based on the theory of dynamical systems with integration of experimental conditions in the model parameter identify cation. In this section, we built a continuous metabolic network model by integrating the experimental conditions by using logic programming. This part allows us to complete the usual process of continuous modeling of metabolic networks by integrating the biological knowledge based on experimental conditions. An application of our method on the MMC has allowed us to study the folate deficiency, the genetic mutation of MTHFR to isolate the metabolites that are modulated by these biological processes. The second part focuses on bioinformatics analysis of gene expression data (ADE). We propose in this part an integrated approach in 12 steps for analyzing gene expression data from microarray and PCR technologies. This approach was applied to 4 experimental datasets to study the impact of food contaminants (arsenic and fumonisin B1) on the regulation of a biological process. The results were used to experimentally validate some assumptions of the first part and understand the impact of food contaminants on the genes of MMC in the presence or absence of folate. The third part of this work consists in formalizing the relationship between gene and metabolite. We built a fuzzy based network model using the results of gene expression analysis from the previous part. The network was built using the fuzzy logic theory and constraints based on literature knowledge and the metabolic network in the first part. Once the gene network model built, we integrated the transcription factors influence and the metabolic model of our first part to obtain the model of gene-metabolite regulation. The application of our approach to the study of MMC allowed us to understand the influence of folate deficiency (5-methyltetrahydrofolate as methyl group donor) and the influence of the presence of food contaminants (arsenic and fumonisin). The simulation results show that the methyl group deficiency causes transcriptional changes in transmethylation and remethylation pathways. This was confirmed experimentally with the gene expression data analysis

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Briens, François. "La Décroissance au prisme de la modélisation prospective : Exploration macroéconomique d'une alternative paradigmatique." Thesis, Paris, ENMP, 2015. http://www.theses.fr/2015ENMP0052/document.

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Abstract:

Face aux enjeux socioéconomiques, démocratiques, et environnementaux, la croissance économique comme fin en soi, ou comme condition nécessaire au « développement », est de nouveau remise en cause. Depuis le début du XXIème siècle, suscitant un intérêt grandissant et de vifs échanges, la Décroissance se fraie une place dans le débat. Après avoir resitué son émergence dans la perspective historique de la controverse qui s'est développée, au cours de la deuxième moitié du XXe siècle, autour de la croissance et du modèle de développement des pays industrialisés, nous suggérons une synthèse des principales idées et des propositions concrètes actuellement portées par ses partisans. Celles-ci soulèvent un certain nombre de questions complexes, pour lesquelles nous proposons d'apporter quelques éclairages à travers un exercice de modélisation prospective. Nous réalisons pour cela une série d'entretiens, qui visent à recueillir différentes visions détaillées et quantifiées de ce que pourraient être, selon les participants, des scénarios de Décroissance, ou - plus largement- des scénarios de transitions souhaitables et soutenables, notamment en termes d'évolution des institutions, des modes de vie et de consommation, pour la France. En parallèle de ces entretiens, nous développons un modèle spécifique de simulation dynamique de l'économie française, construit autour de l'analyse entrées-sorties, sur la base de données publiques, et incorporant un haut niveau de détail. A l'aide de cet outil macroéconomique, nous proposons alors d'explorer, sur un horizon à long terme (2060) les implications possibles de différents scénarios, dont ceux élaborés à partir des entretiens. Nous nous intéressons par exemple aux conséquences possibles en termes d'emploi, de finances publiques, de consommation d'énergie, d'émissions de polluants atmosphériques, et de production de déchets. Les résultats des simulations soulignent l'importance des choix institutionnels, des facteurs culturels, comportementaux, et « non-techniques », et le potentiel de certaines propositions des mouvements de la Décroissance. Ils invitent ainsi à ouvrir le débat autour de la construction collective d'un nouveau projet de société. Dans cette perspective, notre approche offre un support simple et efficace pour la compréhension commune et la délibération collective The development paths followed by industrial societies in the last decades have led them in front of complex socioeconomic, democratic and environmental crises, which question the relevance of economic growth, either as a goal in itself, or as a way to achieve “development”. With the emergence of the degrowth movement at the beginning of the 21st century, the call for transitions towards sustainable “post-growth societies” is now consolidating into a multifaceted political project. For the “wealthiest” countries, where the ecological footprint per capita is greater than the global sustainable level, this project may be envisioned as a voluntary, socially sustainable, equitable and smooth downscaling of production and consumption, and thus throughput, to an environmentally sustainable level. Such a project raises numerous questions, for instance: what concrete proposals could initiate such a transition? What could such paths induce in terms of employment, public debt, energy consumption, waste, or greenhouse gas emission mitigation? What structural or institutional obstacles must be overcome and how? Etc. In this research, we offer to discuss such questions with the help of prospective modeling. Our approach involves a series of interviews, conducted, among others, with actors within the Degrowth movement. These are aimed at collecting detailed and quantified visions or narratives about what Degrowth scenarios or – more broadly speaking– scenarios of transition towards sustainable and desirable societies could look like, for France, in the mind of participants, especially in terms of institutions, lifestyles and consumption patterns. In parallel, we have designed and developed a specific dynamic simulation model of the French monetary economy, featuring a high level of detail and disaggregation, based on input-output analysis, and built using public data. Using this macroeconomic tool, we investigate, over the long term (2060), the possible outcomes of different scenarios, including those inferred from the interviews, in terms of employment, public debt, energy consumption, waste and atmospheric emissions. We discuss the potential strengths and weaknesses of the different visions they reflect. Our results highlight in particular the importance of cultural, social, behavioral and “non-technical” factors, stress the potential of various degrowth proposals, and recall the critical need for the collective elaboration of a societal project. In this perspective, our modeling approach provides a simple, yet powerful tool for common understanding and collective deliberation

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Vallée, Alexandre. "Molecular thermodynamic aspects of dissipative structures in oncology, inflammatory and degenerative processes of Central Nervous System diseases." Thesis, Poitiers, 2017. http://www.theses.fr/2017POIT1409.

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Abstract:

Le métabolisme énergétique est le principal facteur déterminant de la viabilité cellulaire. Les maladies présentent de nombreuses anomalies métaboliques et énergétiques. En effet, les cellules altérées proviennent de procédés exergoniques et émettent de la chaleur vers leur environnement proche. De nombreux processus irréversibles peuvent se produire en modifiant le taux de production d'entropie. Ce niveau représente une quantité thermodynamique qui mesure ces processus irréversibles. Le niveau d'entropie est augmenté par plusieurs anomalies métaboliques et thermodynamiques dans les tumeurs cérébrales, les processus inflammatoires et les maladies neurodégénératives. Les travaux de recherche de cette thèse ont démontré et mis en évidence l'existence d'une diaphonie entre la voie canonique WNT/beta-caténine et le PPAR gamma qui joue un rôle majeur dans la reprogrammation du métabolisme de l'énergie cellulaire entre la phosphorylation oxydative, la glycolyse aérobie et la glycolyse anaérobie, dont le point d'équilibre de cette diaphonie entre ces voies moléculaires varie selon les maladies. Ces maladies sont des structures dissipatives, qui échangent de l'énergie ou de la matière avec leur environnement. Ce sont des systèmes ouverts, loin de l'équilibre thermodynamique qui opèrent sous un régime non linéaire évoluant vers des états non stationnaires. La thermodynamique loin de l'équilibre est une notion axée sur les rythmes circadiens. En effet, les rythmes circadiens participent directement à la régulation de cette diaphonie étudiée. Celle-ci représente une cible innovante dans le cadre l'imagerie moléculaire pour le diagnostic positif et différentiel de ces maladies Energy metabolism is the primary determinant of cellular viability. Diseases are the sites of numerous metabolic and energetic production abnormalities. Indeed, the altered cells are derived from exergonic processes and emit heat that flows to the surrounding environment. Many irreversible processes can occur through changing the rate of entropy production. This rate represents a thermodynamic quantity that measures these irreversible processes. Entropy rate is increased by several metabolic and thermodynamics abnormalities in brain tumors, inflammatory processes and neurodegenerative diseases. The research works of this thesis have demonstrated and highlighted the existence of a crosstalk between canonical WNT/beta-catenin pathway and PPAR gamma which plays a major role in the reprogramming of cellular energy metabolism between oxidative phosphorylation, aerobic glycolysis and anaerobic glycolysis, of which the equilibrium point of crosstalk between these molecular pathways varies according to tumor, inflammatory and neurodegenerative diseases. These diseases are dissipative structures, that exchange energy or matter with their environment. They are open systems, far-from the thermodynamic equilibrium that operate under non-linear regime evolving to non-stationary states. Far-from-equilibrium thermodynamics are notions driven by circadian rhythms. Indeed, circadian rhythms directly participate in regulating the crosstalk of the studied molecular pathways. This crosstalk represents an innovative therapeutic target, and molecular data usable for molecular imaging in both positive and differential diagnosis of these diseases

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Ghozlane, Amine. "Développement de méthodes bioinformatiques dédiées à la prédiction et l'analyse des réseaux métaboliques et des ARN non codants." Thesis, Bordeaux 1, 2012. http://www.theses.fr/2012BOR14617/document.

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Abstract:

L'identification des interactions survenant au niveau moléculaire joue un rôle crucial pour la compréhension du vivant. L'objectif de ce travail a consisté à développer des méthodes permettant de modéliser et de prédire ces interactions pour le métabolisme et la régulation de la transcription. Nous nous sommes basés pour cela sur la modélisation de ces systèmes sous la forme de graphes et d'automates. Nous avons dans un premier temps développé une méthode permettant de tester et de prédire la distribution du flux au sein d'un réseau métabolique en permettant la formulation d'une à plusieurs contraintes. Nous montrons que la prise en compte des données biologiques par cette méthode permet de mieux reproduire certains phénotypes observés in vivo pour notre modèle d'étude du métabolisme énergétique du parasite Trypanosoma brucei. Les résultats obtenus ont ainsi permis de fournir des éléments d'explication pour comprendre la flexibilité du flux de ce métabolisme, qui étaient cohérentes avec les données expérimentales. Dans un second temps, nous nous sommes intéressés à une catégorie particulière d'ARN non codants appelés sRNAs, qui sont impliqués dans la régulation de la réponse cellulaire aux variations environnementales. Nous avons développé une approche permettant de mieux prédire les interactions qu'ils effectuent avec d'autres ARN en nous basant sur une prédiction des interactions, une analyse par enrichissement du contexte biologique de ces cibles, et en développant un système de visualisation spécialement adapté à la manipulation de ces données. Nous avons appliqué notre méthode pour l'étude des sRNAs de la bactérie Escherichia coli. Les prédictions réalisées sont apparues être en accord avec les données expérimentales disponibles, et ont permis de proposer plusieurs nouvelles cibles candidates The identification of the interactions occurring at the molecular level is crucial to understand the life process. The aim of this work was to develop methods to model and to predict these interactions for the metabolism and the regulation of transcription. We modeled these systems by graphs and automata.Firstly, we developed a method to test and to predict the flux distribution in a metabolic network, which consider the formulation of several constraints. We showed that this method can better mimic the in vivo phenotype of the energy metabolism of the parasite Trypanosoma brucei. The results enabled to provide a good explanation of the metabolic flux flexibility, which were consistent with the experimental data. Secondly, we have considered a particular class of non-coding RNAs called sRNAs, which are involved in the regulation of the cellular response to environmental changes. We developed an approach to better predict their interactions with other RNAs based on the interaction prediction, an enrichment analysis, and by developing a visualization system adapted to the manipulation of these data. We applied our method to the study of the sRNAs interactions within the bacteria Escherichia coli. The predictions were in agreement with the available experimental data, and helped to propose several new target candidates

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Bognon-Küss, Cécilia. "Entre chimie et biologie : nutrition, organisation, identité." Thesis, Paris 1, 2018. http://www.theses.fr/2018PA01H215/document.

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Abstract:

Il est possible d'isoler, parmi les tentatives de définition du vivant, deux traditions concurrentes : l'une a fait de la reproduction le propre du vivant, tandis que l'autre a vu dans la nutrition puis le métabolisme (le processus matériel par lequel un organisme se maintient en transformant une matière étrangère en substance vivante) une propriété essentielle et un critère d'unification de toutes les formes vivantes. Or, le second terme de cette polarité se subdivise à son tour en un mouvement permanent d'oppositions qui semble caractériser la vie comme « tourbillon » incessant, circulation ininterrompue ou flux constant de matière entre l'intérieur et l'extérieur, les corps et leur environnement. C’est à explorer les mutations conceptuelles internes à cette seconde tradition, la nutrition et le métabolisme, que le présent travail est consacré. Comment le métabolisme s'est-il constitué en problème pour la biologie ? Cette thèse propose une analyse généalogique du concept de métabolisme compris à la fois comme pont reliant la spécificité vitale des organismes à leur.; conditions chimiques d'existence, et comme schème à travers lequel l'autoproduction et le maintien de l'identité biologique ont pu être appréhendés dans une perspective naturaliste. Cette thèse propose une histoire des développements d'une théorie matérielle, chimique, de la vie, et montre, dans le même mouvement, comment l'élaboration d'un « espace épistémique » autour du concept de métabolisme a progressivement permis de redéfinir les contours sous lesquels la question de l'identité biologique été saisie depuis It is possible to isolate, among the attempts to define living organisms, two competing traditions: one has made reproduction the proper of living organisms, while the other has seen in nutrition and then metabolism (the material process by which an organism maintains itself by transforming a foreign matter into a living substance) an essential property and a criterion for the unification of ail living forms. However, the second term of this polarity is in tum subdivided into a pem1anent movement of oppositions that seems to characterize life as an incessant "whirlwind", an uninterrupted circulation or constant flow of matter between the inside and the outside, the bodies and their environment. This work is devoted to exploring the conceptual changes within this second tradition, nutrition and metabolism. How did metabolism become a problem for biology? This thesis proposes a genealogical analysis of the concept of metabolism understood both as a bridge linking the vital specificity of organisms to their chemical conditions of existence, and as a scheme through which self-production and the maintenance of biological identity could be approached from a naturalistic perspective. This thesis proposes a history of the developments of a material, chemical and life theory and shows, in the same movement, how the elaboration of an "epistemic space" around the concept of metabolism has gradually made it possible to redefine the contours under which the question of biological identity has since been addressed

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Jourdier, Etienne. "Modélisation et optimisation de la production de cellulases par Trichoderma reesei pour les bioraffineries lignocellulosiques." Thesis, Clermont-Ferrand 2, 2012. http://www.theses.fr/2012CLF22264.

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Abstract:

Dans le contexte énergétique et climatique mondial, le coût élevé des enzymes Cellulolytiques (cellulases) freine le développement des bioraffineries lignocellulosiques, pour produire des biocarburants et composés chimiques à partir d'une matière première végétale renouvelable. L'objectif de ce travail est de caractériser et de modéliser le métabolisme du micro-organisme Trichoderma reesei, afin d'optimiser le protocole industriel de production de cellulases. Cette étude a été réalisée sur des milieux modèles représentatifs de ceux attendus à l'échelle industrielle. Tout d'abord, la stoechiométrie des réactions de croissance et de production a été établie, puis une étude cinétique a été menée pour mesurer précisément le comportement du micro-organisme à forte induction de la production de cellulases. Le modèle résultant a été utilisé pour optimiser le protocole industriel de production. Ensuite, l'intégration de cette étape dans une bioraffinerie lignocellulosique a été étudiée, avec l'effet sur le métabolisme i) des mélanges de sucres disponibles, ii) des composés inhibiteurs issus de la dégradation de la lignocellulose, et iii) du changement d'échelle. Ces travaux ont fait progresser de façon substantielle les connaissances du métabolisme de T. reesei en ce qui concerne la production de cellulases, et les modèles développés sont des outils d'aide rationnelle à la définition d'un procédé de production de cellulases intégré dans une bioraffinerie lignocellulosique In the global energetic and climatic context, the high cost of the cellulolytic enzymes (cellulases) postpones the development of lignocellulosic biorefineries, dedicated to produce biofuels and chemical compounds from renewable vegetable feedstocks. The aim of this work was to measure and model the metabolism of the micro-organism Trichoderma reesei, in order to optimize the industrial protocol for the production of cellulase. This study was carried out using synthetic media representative of industrial ones. First, the stoichiometries of growth and protein production reactions were determined. Then, a kinetic study was conducted to precisely measure the specific rates of T. reesei at high induction of cellulase production. The resulting model was used to optimize the industrial production protocol. Finally the integration of this step in a lignocellulosic biorefinery was studied by determining the impacts on the metabolism of i) available sugar mixtures, ii) inhibitory compounds from lignocellulosic biomass degradation, and iii) scale-up. These results significantly contributed to improve the knowledge of T. reesei metabolism on cellulase production. The developed models are rational tools for the optimization of a cellulase production protocol suited to lignocellulosic biorefineries

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López, Zazueta Claudia. "Réduction dynamique de réseaux métaboliques par la théorie des perturbations singulières : application aux microalgues." Thesis, Université Côte d'Azur (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018AZUR4108/document.

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Abstract:

Les lipides des microalgues et les glucides de cyanobactéries peuvent être transformés en biodiesel et en bioéthanol, respectivement. L'amélioration de la production de ces molécules doit prendre en compte les entrées périodiques (principalement la lumière) forçant le réseau métabolique de ces organismes photosynthétiques. Il est donc nécessaire de tenir compte de la dynamique du réseau métabolique en réduisant sa dimension pour assurer la maniabilité mathématique. Le but de ce travail est de concevoir une approche originale pour réduire les réseaux métaboliques dynamiques tout en conservant la dynamique de base. Cette méthode est basée sur une séparation en échelles de temps. Pour une classe de modèles de réseaux métaboliques décrits par des ODE, la dynamique des systèmes réduits est calculée à l'aide du théorème de Tikhonov pour les systèmes singulièrement perturbés. Cette approximation quasi-stationnaire coïncide avec la dynamique du réseau d'origine, avec une erreur bornée. L'approche est d'abord développée pour les systèmes de réaction pouvant être linéarisés autour d'un point de travail et forcés par des entrées continues. Ensuite, une généralisation de cette méthode est donnée pour les réseaux à réactions rapides de cinétiques de Michaelis-Menten et tout type de cinétiques lentes, prenant également en compte un nombre fini d'entrées continues externes. La méthode de réduction met en évidence une relation entre la grandeur de la concentration des métabolites et la gamme des vitesses de réaction : les métabolites consommés par les réactions rapides ont une concentration inférieure d'un ordre de grandeur à celle des métabolites consommés à faible vitesse. Cette propriété est satisfaite pour les métabolites à dynamique rapide ne se trouvant pas dans un piège de flux, concept introduit dans ce travail. Le système réduit peut être calibré avec des données expérimentales à l'aide d'une procédure d'identification dédiée basée sur la minimisation. L'approche est illustrée par un réseau métabolique de microalgues autotrophes, comprenant le métabolisme central et représentant la dynamique des glucides et des lipides. Cette approche permet de bien ajuster les données expérimentales de Lacour et al. (2012) avec la microalgue Tisochrysis lutea. Enfin, un schéma visant à optimiser la production de molécules cibles est proposé en utilisant le système réduit Lipids from microalgae and carbohydrates from cyanobacteria can be transformed into biodiesel and bioethanol, respectively. Enhancing the production of these molecules must account for the periodic inputs (mainly light) forcing the metabolic network of these photosynthetic organisms. It is therefore necessary to account for the dynamics of the metabolic network, while reducing its dimension to ensure mathematical tractability. The aim of this work is to design an original approach to reduce dynamic metabolic networks while keeping the core dynamics. This method is based on time-scale separation. For a class of metabolic network models described by ODE, the dynamics of the reduced systems are computed using the theorem of Tikhonov for singularly perturbed systems. This Quasi Steady State Approximation accurately coincides with the original network dynamics, with a bounded error. The approach is first developed for reaction systems that can be linearized around a working point and that are forced by external continuous inputs. Then, a generalization of this method is given for networks with fast reactions of Michaelis-Menten kinetics and any type of slow kinetics, also considering a finite number of external continuous inputs. The reduction method highlights a relation between the concentration magnitude of the metabolites and the range of the reaction rates: the metabolites that are consumed by fast reactions have concentration one order of magnitude lower than metabolites consumed at slow rates. This property is satisfied for metabolites with fast dynamics that are not in a flux trap, a concept introduced in this work. The reduced system can be calibrated with experimental data using a dedicated identification procedure based on minimization. The approach is illustrated with an autotrophic microalgae metabolic network, including the core metabolism and representing the carbohydrates and lipids dynamics. The approach efficiently fits the experimental data from Lacour et al. (2012) with the microalgae Tisochrysis lutea. Finally, a scheme to optimize the production of target molecules is proposed using the reduced system

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Ji, Hongjun. "Systèmes dynamiques coopératifs appliqués en biologie." Thesis, Sorbonne université, 2018. http://www.theses.fr/2018SORUS514.

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Abstract:

Ce travail de thèse est constitué de nouvelles applications de la théorie des systèmes dynamiques coopératifs à l'étude de modèles en Biologie. Un premier modèle réduit d'une dynamique compartimentalisée couplant l'hémodynamique et le métabolisme énergétique cérébral. Nous avons proposé l'étude d'une extension naturelle de ce modèle comprenant deux compartiments intracellulaires distincts, l'un représentant un neurone et l'autre un astrocyte en plus du compartiment extracellulaire (aussi appelé interstitiel) et du compartiment capillaire. Nous avons commencé par observer que ce système (et même une extension de ce système à N neurones et A astrocytes) est un système coopératif. On a pu alors appliquer les techniques développées par Hal L. Smith et démontrer (en toutes dimensions) que l'unique point stationnaire est asymptotiquement stable. Dans la suite, nous avons considéré une variante du système réduit de dimension 2 dans laquelle on considère une dynamique différentiable par morceaux qui présente un saut lorsque la variable x ou la variable y dépasse un certain seuil. Ce système par morceaux permet l'introduction d'une autorégulation induite par un retour des concentrations de lactate extracellulaire ou capillaire sur le flux sanguin capillaire. De nouveaux phénomènes dynamiques sont découverts et nous discutons de l'existence et de la nature de deux points d'équilibre, d'un segment attractif, d'un équilibre frontalier et d'orbites périodiques en fonction du flux sanguin capillaire. Dans le dernier chapitre, on considère, en contraste avec les chapitres précédents, un système dynamique forcé. Ce système dynamique modélise une population dont l'environnement varie périodiquement dans le temps. Nous appliquons notre théorème à l'exemple d'une dynamique de population d'insectes (moustiques) avec un stade juvénile exposé à une compétition quadratique et un stade adulte. Cette dynamique est sujette à un forçage périodique saisonnier. En particulier, dans les pays tempérés, les moustiques sont très rares en hiver et connaissent une croissance explosive après les premiers épisodes pluvieux de la saison chaude This thesis work consists of new applications of the theory of cooperative dynamical systems to the study of models in Biology. A first model of compartmentalized dynamics coupling hemodynamics and cerebral energy metabolism. It has been proposed to study a natural extension of this model comprising two distinct intracellular compartments, one representing a neuron and the other an astrocyte in addition to the extracellular compartment (also called interstitial) and the capillary compartment. We began by observing that this system (even an extension of this system to N neurons and A astrocytes) is a cooperative system. It was then possible to apply the techniques developed by Hal L. Smith and demonstrate (in all dimensions) that the single stationary point is asymptotically stable. In the following, we have considered a variant of the reduced system of dimension 2 in which we consider a piecewise differentiable dynamic that has a jump when the variable x or the variable y exceeds a certain threshold. This piecewise system allows the introduction of an autoregulation induced by a feedback of the extracellular or capillary Lactate concentrations on the Capillary Blood Flow. New dynamical phenomena are uncovered and we discuss existence and nature of two equilibrium points, attractive segment, boundary equilibrium and periodic orbits depending of the Capillary Blood Flow. In the last chapter, we consider, in contrast with the preceding chapters, a forced dynamical system. This dynamical system models a population whose environment varies periodically over time. We apply our theorem to the example of a population dynamics of insects (for example mosquitoes) with a juvenile stage exposed to a quadratic competition and an adult stage. These dynamics are subject to a seasonal periodic forcing. In particular, in temperate countries, mosquitoes are very rare in winter and grow explosively after the first rainy episodes of the hot season

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Moreaux, Virginie. "Observation et modélisation des échanges d’énergie et de masse de jeunes peuplements forestiers du Sud-Ouest de la France." Thesis, Bordeaux 1, 2012. http://www.theses.fr/2012BOR14506/document.

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Abstract:

Ce travail de thèse a porté sur la prise en compte de la phase juvénile des peuplements forestiers du Sud-Ouest de la France dans la caractérisation des échanges sol-végétation-atmosphère. L’étude s’est focalisée sur des structures de peuplements contrastées de jeunes peuplements de Pins maritimes et d’Eucalyptus. La première partie de ces recherches a consisté à étudier de façon expérimentale les échanges de masse et d’énergie de jeunes plantations d’Eucalyptus et de Pins maritimes du Sud-Ouest. Trois sites instrumentés pour la détermination en continu des échanges de CO2 et H2O, bilan d’énergie, flux de sève et de croissance et production des arbres ont été suivis durant deux années marquées par des épisodes répétés de sécheresse. Le comportement des essences présentes a été comparé ainsi que les effets de l’environnement et des pratiques culturales sur le fonctionnement de ces écosystèmes. Les bilans annuels d’eau, de carbone et la croissance et la production des trois peuplements ont été établis et comparés. A partir de ces mesures enrichies par des données déjà disponibles et en se basant sur le modèle de production forestière et de transfert sol-végétation-atmosphère GRAECO (INRA-EPHYSE), modèle mécaniste biophysique monodimensionnel, la deuxième partie a consisté à développer une nouvelle évolution de ce modèle pour l’adapter au cas des systèmes de culture de biomasse forestière à croissance rapide. L’approche proposée en couplant ce modèle avec le modèle MAESTRA (Medlyn 2004) a permis de dépasser les hypothèses d’homogénéités verticale et horizontale du couvert pour rendre compte de l’effet de la structure en trois dimensions de peuplements jeunes à couronnes disjointes et sous-étage développé sur les transferts radiatifs, de CO2 et vapeur d’eau. De plus, le modèle a été complété par trois nouveaux modules décrivant respectivement la dynamique du carbone du sol (Roth-C) et la croissance et fonctionnement du sous-étage et du taillis. Il a été évalué sur les données existantes couvrant différents sites et séries temporelles et incluant une série d’interventions de type labour, désouchage, disquage superficiel, semis, dépressages, éclaircies et recépées. Enfin, ce modèle a été implémenté sur un jeu de données décrivant le climat local sous le forçage du scénario climatique A2 régionalisé sur un point de la grille SAFRAN de Météo-France pour trois itinéraires sylvicoles de Pin maritime et Eucalyptus, afin d’évaluer, à titre exploratoire, les potentialités de productivité de ces itinéraires In this thesis, the juvenile phase of forest stands of southwestern France was studied in order to characterise soil-vegetation-atmosphere exchanges. The study focused on contrasted structures of young pines and Eucalyptus stands. The first part of this research was to study experimentally the mass and energy exchanges of young plantations of pines and Eucalyptus growing in southwestern France. Continuous measurements of CO2 and H2O fluxes, energy balance, sapflow and tree growth and production were carried out for two years, a period marked by repeated episodes of drought. The behavior of these species was compared, as well as the effects of the environment and cultural practices on these ecosystems. The annual water and carbon balances, growth and production of the three stands were established and compared. These measurements were enriched by data already available and were based on the 1D-mechanistic model of forest production and soil-vegetation-atmosphere transfer GRAECO (INRA-EPHYSE). The second part of the thesis focused on developing a new version of the model to be applied to crop systems for fast-growing forest biomass. By coupling this evolution of the model with the 3D-model MAESTRA (Medlyn 2004), the assumptions of vertical and horizontal homogeneities in the canopy can be exceeded thus accounting for the effect of the three-dimensional structure on the radiative, CO2 and water vapor transfers in young stands, where crowns are separate and the understorey is well-developed. In addition, the model was supplemented by three new modules describing the dynamics of soil carbon (Roth-C) and the growth and functioning of the understory and coppice. It was evaluated on existing data covering different sites and time series and including a series of forest practices, such as plowing, stump removal, superficial disking, seeding, early thinning, thinnings and cutting down close to the ground. Finally, as an exploratory work, this model has been implemented on a data set describing the local climate forced by the A2 climate scenario which was regionalized on a SAFRAN grid point (‘Météo-France’) for three forest itineraries of maritime pine and Eucalyptus, in order to assess the potential productivity of these systems

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Trebulle, Pauline. "Modélisation multi-échelles de réseaux biologiques pour l’ingénierie métabolique d'un châssis biotechnologique." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019SACLA022/document.

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Abstract:

Le métabolisme définit l’ensemble des réactions biochimiques au sein d’un organisme, lui permettant de survivre et de s’adapter dans différents environnements. La régulation de ces réactions requiert un processus complexe impliquant de nombreux effecteurs interagissant ensemble à différentes échelles.Développer des modèles de ces réseaux de régulation est ainsi une étape indispensable pour mieux comprendre les mécanismes précis régissant les systèmes vivants et permettre, à terme, la conception de systèmes synthétiques, autorégulés et adaptatifs, à l'échelle du génome. Dans le cadre de ces travaux interdisciplinaires, nous proposons d’utiliser une approche itérative d’inférence de réseau et d’interrogation afin de guider l’ingénierie du métabolisme de la levure d’intérêt industriel Yarrowia lipolytica.À partir de données transcriptomiques, le premier réseau de régulation de l’adaptation à la limitation en azote et de la production de lipides a été inféré pour cette levure. L’interrogation de ce réseau a ensuite permis de mettre en avant et valider expérimentalement l’impact de régulateurs sur l'accumulation lipidique.Afin d’explorer davantage les liens entre régulation et métabolisme, une nouvelle méthode, CoRegFlux, a été proposée pour la prédiction de phénotype métabolique à partir des profils d’activités des régulateurs dans les conditions étudiées.Ce package R, disponible sur la plateforme Bioconductor, a ensuite été utilisé pour mieux comprendre l’adaptation à la limitation en azote et identifier des phénotypes d’intérêts en vue de l’ingénierie de cette levure, notamment pour la production de lipides et de violacéine.Ainsi, par une approche itérative, ces travaux apportent de nouvelles connaissances sur les interactions entre la régulation et le métabolisme chez Y. lipolytica, l’identification de motifs de régulation chez cette levure et contribue au développement de méthodes intégratives pour la conception de souches assistée par ordinateur Metabolism defines the set of biochemical reactions within an organism, allowing it to survive and adapt to different environments. Regulating these reactions requires complex processes involving many effectors interacting together at different scales.Developing models of these regulatory networks is therefore an essential step in better understanding the precise mechanisms governing living systems and ultimately enabling the design of synthetic, self-regulating and adaptive systems at the genome level. As part of this interdisciplinary work, we propose to use an iterative network inference and interrogation approach to guide the engineering of the metabolism of the yeast of industrial interest Yarrowia lipolytica.Based on transcriptomic data, the first network for the regulation of adaptation to nitrogen limitation and lipid production in this yeast was inferred.The interrogation of this network has then allowed to to highlight and experimentally validate the impact of several regulators on lipid accumulation. In order to further explore the relationships between regulation and metabolism, a new method, CoRegFlux, has been proposed for the prediction of metabolic phenotype based on the influence profiles of regulators in the studied conditions. This R package, available on the Bioconductor platform, was then used to better understand adaptation to nitrogen limitation and to identify phenotypes of interest for strain engineering, particularly for the production of lipids and amino acid derivatives such as violacein.Thus, through an iterative approach, this work provides new insights into the interactions between regulation and metabolism in Y. lipolytica, conserved regulatory module in this yeast and contributes to the development of innovative integrative methods for computer-assisted strain design

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Makhlouf, Anissa. "Méthodologie pour l'optimisation dynamique multicritère d'un procédé discontinu alimenté : application à la production bactérienne d'arômes laitiers." Thesis, Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 2006. http://www.theses.fr/2006INPL067N/document.

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Abstract:

Ce travail s’intéresse essentiellement au développement et à l’application d’une méthodologie pour l’optimisation dynamique multicritère d’un procédé discontinu alimenté de production bactérienne d’arômes laitiers. L’étude réalisée comprend principalement quatre parties ; la première décrit l'utilisation des plans d’expériences multicritère, couvrant un large domaine expérimental (pH, température et oxygénation), afin de collecter le maximum d'information sur le comportement physiologique de Lactococcus lactis. La deuxième concerne l'analyse cinétique détaillée de l’effet des combinaisons des facteurs opératoires sur la croissance et l'orientation du métabolisme. La troisième, traite de la construction d'un modèle cinétique en mode discontinu et discontinu alimenté. Dans la dernière, l’outil d’optimisation dynamique multicritère a été validé et appliqué au problème de production d’arômes étudié. Les résultats obtenus pour l’optimisation multicritère sont satisfaisants The aim of the present work is to develop and apply an innovative approach for multicriteria and dynamic optimization of fed-batch fermentation for the production of lactic aroma. This study is mainly divided in four parts: the first one describes the use of multicriteria experimental design, covering an extended operating conditions domain (pH, temperature and oxygenation), in order to collect large experimental information in batch culture of Lactococcus lactis. The second part involves detailed kinetic analysis of operating factor effect combinations on growth and metabolism orientation. The third part deals with the development of a model to predict the kinetic behaviour of this strain in batch and fed-batch cultures. In the last part, the tool for multicriteria and dynamic optimization was validated and applied to the studied problem of lactic aroma production. The results obtained for multicriteria and dynamic optimization are satisfactory

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Hassan, Sarah. "Etudes pharmacologiques d'un modèle cellulaire 2D/3D dans le cancer hépato-pancréatique." Thesis, Strasbourg, 2018. http://www.theses.fr/2018STRAJ037.

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Abstract:

Les cancers du foie et du pancréas sont classés parmi les cancers les plus fréquents et agressifs à travers le monde et présentent une résistance à la chimiothérapie. L'efficacité des médicaments anticancéreux est affectée par les activités des enzymes métaboliques, transporteurs membranaires et par l’environnement tumoral. Le but de notre thèse est 1) de développer un modèle cellulaire hépatique et caractériser les mécanismes sous-jacents de la modulation de l’expression et de la fonctionnalité des transporteurs membranaires et des enzymes clés qui régissent le métabolisme des médicaments et 2) d’évaluer in vitro, dans différents modèles cellulaires (hépatique et pancréatique) en 2D et 3D, l’effet apoptotique de médicaments anticancéreux associés à des polyphénols en vue d’optimiser leur activité. Dans une première partie, nous avons mis en place une nouvelle lignée cellulaire hépatique humaine dérivée des HepG2, stable, exprimant suffisamment et significativement les enzymes CYP450 et les transporteurs hépatiques (MRP2, MDR1 et OATP1B1). Ce modèle pourrait être un outil de choix pour des études précliniques de métabolisme et de prédiction d’hépatotoxicité. Dans une deuxième partie, nous avons pu voir que les cellules pancréatiques et hépatiques dans un environnement 3D sont plus prédictives d’une tumeur in vivo et peuvent être un modèle de choix pour des études pharmacologiques de criblage de nouveaux médicaments anticancéreux ou des stratégies de combinaisons de molécules (avec des PP). Ainsi, nous avons montré que la quercétine, dans les cellules 3D, était capable d’augmenter l’activité de la gemcitabine et de la doxorubicine, en augmentant le taux des cellules mortes jusqu’à 60 %, par modulation des protéines MDR1 et par diminution significative du facteur HIF-1 alpha dans les cellules cancéreuses. En conclusion, les polyphénols peuvent être des molécules d’intérêt en combinaison avec des médicaments anticancéreux pour diminuer la résistance à ces traitements et servir d’outil pharmacologique pour mieux comprendre les mécanismes de résistance des cellules tumorales Liver and pancreatic cancers are among the most common and aggressive cancers worldwide that are resistant to chemotherapy. The efficacy of anticancer drugs is affected by the activities of metabolic enzymes, transporters and the tumor environment. The aim of my thesis was based on to main objectives: 1) developement of a hepatic cellular model and characterize the underlying mechanisms of modulation of the expression and functionality of transporters and key enzymes involved in the regulation of drug metabolism 2) study the effect of new strategies in vitro by combining anti-cancer drugs with polyphenols in these processes in order to optimize their activities on different cellular models (hepatic and pancreatic) in 2D and 3D cultures. Our results showed that we have developed a new human hepatic cell line derived from HepG2 cells. The novel cell line is a good in vitro model with a capacity of predicting hepatotoxicity of novel drugs with significant differences for chromosomes 5, 17 and 20 and high expression level of CYP450 and transporters (MRP2, MDR1 and OATP1B1). Secondly, our results indicate that the combination of anticancer drugs and polyphenols increased the rate of apoptosis in cancer cells by up regulation of the expression levels of cleaved caspase-3 and the regulator of apoptosis p53. Moreover, our results demonstrated that polyphenols inhibit the efflux activity of MDR1. In addition, our results indicate that the combination of anti-cancer drugs and quercetin down regulated the expression of HIF-1α and increased the expression levels of the cleaved caspase-3 and p53 on human pancreatic and liver cell line cultured in 3D culture. In conclusion, polyphenols may be promising agents for novel combination therapy since they potentialize the cytotoxic activity of anticancer drugs to eradicate cancer and therefore the cellular resistance

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Peikriszwili, Tartaruga Marcus. "L'influence allométrique dans les relations entre économie de course, rendement mécanique et performance chez des athlètes de longue distance : efficience métabolique et prédiction de la performance en course a pied de longue distance." Phd thesis, Université Nice Sophia Antipolis, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00926761.

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Abstract:

Le but de cette thèse était d'analyser la relation entre l'économie de course à pied (ECO) et l'efficiencemécanique (Eff) dans la performance des coureurs spécialistes en moyenne et longue distance, utilisantdes modèles allométriques. Basé dans les résultats de trois études originales, nous avons conclu quel'échelle allométrique peut améliorer la relation entre ECO et performance dans la course à pied demoyenne et longue distance, principalement en coureurs amateurs, pour raison morpho-fonctionnelles.Également, pour cette même population, des travaux mécaniques, principalement le externe, peut êtreconsidérées comme prédicteurs de la performance de la course à pied de sujets spécialistes en longuedistance, et un exposant allométrique peut améliorer cette prédiction. En ce qui concerne à l'Eff, lesrésultats ont montré que cette variable est, aussi, une important variable de prédiction de laperformance. Toutefois, quand appliqué des exposant allométriques, il n'y avait aucune améliorationdans cette prédiction, principalement en coureurs de haut niveau. Les résultats ont montré, aussi, quepour le calcul de l'Eff, la contribution de la dépense énergétique anaérobie est important, parce que,contrairement, les résultats peuvent être surestimés. En général, lorsque l'objectif est prédit laperformance des coureurs amateurs de moyenne ou de longue distance, à travers des puissancesmétaboliques ou mécaniques, est suggéré d'adopter un exposant allométrique spécifique du groupeétudié. Toutefois, lorsque cette prédiction est réalisée avec la utilisation de l'Eff en un groupe decoureurs de haut niveau, l'échelle allométrique n'est pas indiquée.

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Ravier, Clémence. "Conception innovante d’une méthode de fertilisation azotée : Articulation entre diagnostic des usages, ateliers participatifs et modélisation." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017SACLA005/document.

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Abstract:

Le raisonnement de la fertilisation azotée du blé a, depuis 40 ans, été largement orienté par le consensus autour de la méthode du bilan, avec comme principes fondamentaux : une nutrition azotée non limitante tout au long du cycle et l’estimation, de manière indépendante, des différents termes de l’équation du bilan pour caractériser la fourniture du sol et les besoins en azote de la plante. Au regard des enjeux de réduction des pollutions environnementales, de l’évolution des exigences qualitative du marché, ainsi que des difficultés de mise en oeuvre de la méthode, on s’interroge sur l’opportunité de renouveler ce paradigme. Pour proposer une nouvelle méthode qui réponde aux divers enjeux concernant l’azote, qui valorise au mieux les connaissances disponibles et dont la mise en oeuvre est cohérente avec les moyens des acteurs, nous avons mis en oeuvre une démarche de conception innovante, structurée en 3 étapes : un diagnostic des usages des outils actuels, une phase de conception, incluant des ateliers de conception et la mise au point de règle de décision à l’aide d’un modèle, et un test d’usage du prototype conçu.Le diagnostic des usages a mis en évidence plusieurs obstacles à la mise en oeuvre de la méthode du bilan, dont la fixation de l’objectif de rendement, ce qui a orienté la phase de conception vers l’exploration d’un concept de méthode de fertilisation azotée permettant de s’en affranchir. La méthode mise au point est basée sur le suivi régulier de l’état de nutrition azotée de la plante, l’acceptation de carences en azote non préjudiciables et des règles de décision tenant compte des conditions météorologiques au moment de l’apport. Nous montrons que la conception a rendu nécessaire la production de nouvelles connaissances, mais aussi la diversification des ressources et des compétences habituellement mobilisées. Ce travail enrichit les méthodes de conception d’outils d’aide à la décision en montrant comment l’articulation des 3 étapes permet de sortir du paradigme qui domine la fertilisation azotée depuis des décennies et d’élaborer un outil palliant les défauts des outils actuels Decisions about nitrogen fertilizer application on wheat have, for the last 40 years, been based on the balance sheet method, with the following underlying principles: non-limiting nitrogen nutrition throughout the crop cycle, and independent estimation of the various terms of the equation, to characterize soil nitrogen supply and plant nitrogen needs. Environmental pollution, changes in the qualitative requirements of the market and difficulties implementing this method have raised questions about whether it might be appropriate to switch to new ways of managing nitrogen fertilizer. We developed a new method meeting the diverse constraints relating to nitrogen use, making the best use of available knowledge and easily applicable by users, through a 3-steps innovative design approach: a diagnosis of the use of current tools, a design phase including design workshops, production of new knowledge, a modelbased prototyping, and the testing of a prototype method.The diagnosis of uses identified several barriers to the implementation of the balance sheet method, including the need to set a target yield. This directed the design phase towards the exploration of new ways of managing nitrogen fertilizer that did not require the fixing of a target yield. The method developed is based on the regular monitoring of plant nitrogen nutrition, the toleration of periods of nitrogen deficiency that are not prejudicial and the use of decision rules taking weather conditions at the time of nitrogen application into account.This design required the generation of new knowledge and a diversification of the resources and skills usually mobilized. This work enriches the methods for designing decision support tools and shows how a combination of 3 steps can be used to develop a tool for managing nitrogen fertilizer applications completely different from the dominant paradigm of the last 40 years, and compensating the defects of current methods

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Duigou, Thomas. "Dynamique d'un réseau métabolique avec un modèle à base de contraintes : approche par échantillonnage des trajectoires solutions." Thesis, Paris 11, 2015. http://www.theses.fr/2015PA112061/document.

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Abstract:

À l’issue de ce travail de thèse, je propose une approche basée sur le formalisme des modèles à base de contraintes, pour étudier la dynamique d’un système métabolique. En associant l’échantillonnage de l’espace des solutions avec l’utilisation d’une contrainte de « faisabilité » entre les périodes de temps considérées, cette approche permet de modéliser la dynamique d’un système métabolique en prenant en compte la variabilité des mesures expérimentales. La contrainte de faisabilité entre les périodes permet de garantir que chaque « trajectoire solution » correspond à une succession de cartes de flux qui conduit à des cinétiques de concentrations cohérentes avec les mesures expérimentales. Les populations de trajectoires solutions générées autorisent différents types d’analyses. D’une part, les répartitions de flux prédites peuvent être utilisées afin d’estimer les répartitions de flux les plus plausibles au sein du réseau étudié. D’autre part, la distribution des concentrations prédites permet d’évaluer le modèle utilisé pour étudier le réseau métabolique. Le fait que cette approche soit basée sur le formalisme de la modélisation à base de contraintes permet, moyennant l’utilisation de l’hypothèse d’état stationnaire du système, d’étudier des réseaux métaboliques de taille relativement grande, et d’utiliser des données expérimentales qui sont aisément mesurables, par exemple les concentrations en biomasse et en métabolites extracellulaires. Cette approche par « trajectoires solutions » a été utilisée afin d’étudier la dynamique du métabolisme de Corynebacterium glutamicum, lorsqu’elle est cultivée en condition de limitation en biotine. Les résultats obtenus ont permis d’une part d’attester du fonctionnement de la méthode, et d’autre part de proposer plusieurs hypothèses quant aux phénomènes biologiques qui ont lieu pendant cette condition particulière de croissance In this thesis, I propose an approach based on the formalism of constraint-based models to study the dynamics of a metabolic system. By combining the sampling of the solutions space and the use of a "feasibility" constraint between the considered time periods, this approach allows to model the dynamic of a metabolic system taking into account the variability of experimental measurements. The feasibility constraint between time periods ensures that each "solution trajectory" corresponds to a succession of flux maps which leads to some kinetics of concentrations that are consistent with the experimental measurements. The generation of a population of solution trajectories allows several analyses. On the one hand, the predicted flux maps can be used to estimate the most plausible flux within the network studied. On the other hand, the distribution of predicted concentrations enables to assess the model used for studying the metabolic network. The fact that this approach is based on the formalism of constraint-based modeling allows, using the steady-state assumption of the system, to study metabolic networks of relatively large size, and to use experimental data that are easily measurable, such as biomass concentration and extracellular metabolites concentration. This approach by "solution trajectories" has been used to study the dynamics of the metabolism of Corynebacterium glutamicum, when grown under biotin-limited condition. The results allowed, first, to attest the functioning of the method, and second, to propose several hypotheses about biological phenomena that take place during this particular growth condition

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Dissertations / Theses on the topic 'Cormophytes – Métabolisme – Modèles mathématiques'

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