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Version PDF      BioSystémique modélisation ingénierie


  Responsable : ROUX-ROUQUIE Magali (mroux@pasteur.fr)


  resume

 

Nous nous intéressons à la formalisation systémique des processus biologiques en vue de leur interprétation et de leur implémentation par des modèles informatiques. Dans un premier temps, nous avons examiné une extension temps-réel d'UML (Rose Real-Time UML) qui permet de représenter les molécules et les complexes moléculaires dans leur contexte cellulaire comme des objets actifs implémentant des processus concurrents, et d'en simuler le fonctionnement. Nous envisageons d'étendre notre démarche à d'autres formalismes pour guider la co-conception et la co-simulation de modèles biosystémiques.



  rapport

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Les perspectives ouvertes par la biologie post-génomique à haut débit visent l'intégration sémantique des données, c'est-à-dire leur interprétation dans des modèles de systèmes biologiques impliquant le passage d'une vision locale des propriétés des composants élémentaires — gène, ARN messager, protéine — à une vision intégrée de leur fonctionnement au sein de processus biologiques. A cet effet, une grande variété d'outils de modélisation adaptés des concepts et des méthodes de la physique et des mathématiques, est en cours de développement: l'objectif général est de mettre en correspondance les propriétés fonctionnelles des systèmes biologiques avec le réseau sous-jacent des interactions moléculaires. Pour ce faire différents formalismes permettent de capturer certaines des propriétés des systèmes modélisés.

Plutôt que de faire le choix a priori d'un formalisme ou d'un langage de spécification, pour modéliser les systèmes biologiques, nous avons fondé notre approche sur le principe suivant lequel ce sont les modèles conceptuels qui déterminent les choix théoriques et qu'un classement objectif des langages de spécifications peut être réalisée en se référant plutôt aux modèles conceptuels qu'aux méthodes appliquées pour exécuter ces modèles. En particulier, nous nous attachons à modéliser les systèmes biologiques en adéquation avec les principes du paradigme systémique. Très brièvement, la modélisation systémique vise à représenter une entité comme un composant autonome et réactif qui implémente des processus (1-4); cette modélisation établit un métamodèle dont il pourra exister plusieurs versions (discret/continu, déterministe /stochastique, synchrone/asynchrone, etc.) et une large variété de formalismes et de langages de spécifications pourront être utilisés dont l'expressivité dépend du modèle conceptuel.

Dans un premier temps, nous avons pu montrer que le langage UML (Unified Modeling Language) satisfait aux hypothèses et aux objectifs de la modélisation systémique: non seulement UML permet d'établir des catégories statiques d'entités biologiques en classes et en rôles, mais aussi de représenter leur comportement en décrivant l'ensemble des états et les transitions entre ces états. En outre, le formalisme UML nous a permis de rendre compte de la complexité des systèmes biologiques en termes de hiérarchie (des molécules aux cellules en passant par les complexes moléculaires); de plus, lorsqu'un système peut être décomposé en sous-systèmes, les modules identifiés peuvent être modélisés et interprétés d'une façon autonome à la condition que les relations entre ces sous-systèmes soient identifiées avec soin (5). L'utilisation d'une extension temps-réel d'UML basé sur la méthodologie ROOM (Rose Real-Time UML), nous a permis d'établir et d'exécuter un modèle de la régulation du cycle cellulaire ; les molécules et les complexes moléculaires sont représentés dans leur contexte cellulaire comme des objets actifs implémentant des processus concurrents (ref. 6).

Les projets en cours visent à développer une représentation-objet des isoformes moléculaires pour rendre compte de leur fonction en relation avec leur environnement. En outre, nous avons entrepris l'évaluation des outils de modélisation disponibles quant à la prise en compte des hypothèses et des objectifs de la modélisation systémique. Notre projet à moyen terme est de promouvoir la co-conception et la co-simulation de modèles biosystémiques en mettant en œuvre divers formalismes.

Mots-clés: Système, complexité, bioinformatique, formalisme, UML, modélisation-objet



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  personnel

  Secrétariat Chercheurs Stagiaires Autre personnel
    Roux-Rouquié, Magali, CNRS (DR2,mroux@pasteur.fr) Grégory Sautejeau

Julien Renner

 

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