30NU02BI - SPECIALISATION (15 ECTS) Responsable : Moroy G.
- Outils d'analyse des génomes (3 ECTS) (Option obligatoire pour les 2 parcours )
Responsable pédagogique : Flatters D.
Pré-requis : Cours de biologie moléculaire, génétique et bioinformatique génomique du premier semestre.
Objectif :
Ce cours est une préparation aux enseignements de génomique et de génomique fonctionnelle proposés en MASTER2.
Les étudiants aborderont successivement 5 thèmes intitulés :
Techniques expérimentales haut débit
Analyse de séquences biologiques, annotation structurale et fonctionnelle des génomes
Phylogénie moléculaire, concepts et méthodes
Diversité génétique, polymorphisme et génétique des populations
Réseaux biologiques
Le socle des connaissances nécessaires à la poursuite des enseignements en MASTER2 (définitions, concepts, etc.) sera bâti lors de cette semaine d’enseignement.
30NE08BI - Projet en informatique (3 ECTS) (Option obligatoire parcours Informatique pour biologistes) Enseignant : Padovani V.
Responsable pédagogique : Padovani V.
Pré-requis : Programmation en C et base d'algorithmique
Programme :
Réalisation d'un projet de programmation demandant une soixantaine d'heure de travail aux
étudiants et mettant en jeu les compétences en C et en algorithmique acquises au premier semestre.
Compétences visées:
Perfectionnement en programmation dans le langage C.
30NE13BI - Simulation en Biologie (3 ECTS)
Enseignant : Droit A.
Responsable pédagogique : Droit A.
Objectif :
Comprendre et manipuler les données issues des technologies de séquençage de nouvelle génération.
Programme :
Séquençage de nouvelle-génération et applications
Bases de données et Bioconductor
30NE03BI - Génétique des Populations et Evolution (3 ECTS)
Enseignant : Toupance B.
Responsable pédagogique : Toupance B.
Objectif :
Cet enseignement a pour but de familiariser les étudiants avec la génétique des populations et
la théorie de l'évolution. Cet enseignement permettra d'aborder les notions de bases dans
ces domaines ainsi que les différentes méthodes de calcul et de simulations employées dans ces
disciplines.
Programme :
Bases en génétique des populations
Forces évolutives (mutation, migration, sélection, dérive)
Ecart à la panmixie et structuration des populations
Théorie neutraliste de l'évolution moléculaire
Evolution du polymorphisme neutre - Théorie de la coalescence
Simulations informatiques en génétique des populations
30NE04BI - Neurosciences Computationnelles (3 ECTS)
Enseignant : Eskiizmirliler S.
Responsable pédagogique : Eskiizmirliler S.
Objectif :
Donner une formation de base dans le domaine des Neurosciences Computationnelles et initier les étudiants à
l'utilisation des simulateurs des fonctions du système nerveux central à la fois au niveau cellulaire et
au niveau des réseaux de neurones. Pendant les cours les modèles les plus connus et utilisés du
fonctionnement de neurone ainsi que ceux de la plasticité synaptique (algorithmes d'apprentissage) seront
exposés et discutés. Ce contenu théorique sera ensuite complété par des analyses des
simulations existantes ainsi que par certaines applications qui seront réalisées avec le logiciel PDP++.
Programme :
Introduction - Modélisation en Neurosciences
- (La modélisation est un outil indispensable pour la compréhension du fonctionnement du cerveau et
des processus neuronaux à la base de nos capacités de perception, d'action et de cognition.
On abordera le but, la justification, la validité, l'approche, et le niveau de complexité
de la modélisation en Neurosciences)
Le neurone - Modèle biophysique
- Le fonctionnement du neurone individuel et son mode de computation: qu'est-ce qu'il peut et ne peut pas signaler
Neurosciences Computationnelles versus l'Intelligence Artificielle dans la modélisation de neurone
- Modèles "Integrate and Fire"
- Modèle Hodgkin-Huxley
- Modèles multi-compartiments
Codage / Spiking / Décodage
- Codage (Enregistrement, Train de spikes et Fréquence de décharge)
- Codage (Statistiques des trains de spikes, Codage en fréquence vs codage temporel)
- Décodage (Probabilité conditionnelle, discrimination, décodage en population et en train de spikes)
Réseaux de neurones artificiels
- La population des neurones ou la puissance de l'interaction: relations entre anatomie, activité
dans le cerveau, et connectivité, algorithmique en simulation. Réseaux "feedforward"
- Réseaux excitateurs et inhibiteurs
- Réseaux récurrents - Oscillations
Plasticité synaptique - Apprentissage
- Apprentissage non-supervisé (Hebbien, Cartes auto adaptatives ou organisatrices, Self Organizing maps)
Soit on est déjà parfait, soit il faut apprendre comment évoluer ?
- Apprentissage supervisé (Règle Delta, SLP, MLP)
- Apprentissage par renforcement (Récompense / Conditionnement classique)
- Théorie de la résonance adaptive
TD / TP
- Présentation des simulateurs en Neurosciences Computationnelles (NEURON, GENESIS, NSL, PDP++)
- TPs sur PDP++
30NE05BI - Analyse de séquences biologiques (3 ECTS)
Enseignant : Flatters D.
Responsable pédagogique : Flatters D.
Objectif :
Cet enseignement a pour but de mettre en application les méthodes abordées en bioinformatique
génomique. Dans une première partie, les outils de recherche dans les bases de données,
d'analyse de séquences et de recherche de motifs sont présentés.
La seconde partie est consacrée aux aspects structuraux des macromolécules biologiques
et a pour objectif de donner quelques éléments de base de la modélisation moléculaire
aux étudiants. L'ensemble de ces approches seront appliquées en TP dans le cadre d'un
exemple biologique.
Programme :
Analyse de séquences nucléiques / protéiques :
Bases de données - Recherche de séquences - Alignements par paires/alignements multiples -
Recherche de motifs - Construction d'arbres phylogénétiques
De la séquence vers la structure des protéines :
Description des macromolécules biologiques - Classes de repliement des protéines -
Assignation/prédiction des structures secondaires - Modélisation par homologie
30NE06BI - Traitement et analyse d'images biologiques (3 ECTS)
Enseignant : Eskiizmirliler S.
Responsable pédagogique : Eskiizmirliler S.
Objectif :
Donner une formation de base dans le domaine de l'analyse d'images biologiques et les mettre en
pratique grâce aux connaissances en informatiques des étudiants. Les méthodes classiques
comme modification de l'histogramme, filtrage linéaire, morphologie mathématique, etc.
seront abordées. Elles seront ensuite implémentées sous la forme de modules
(plugins, écrits en JAVA et/ou en C++) dans le logiciel d'analyse d'image ImageJ.
Une présentation très courte de la bibliothèque Open CV (sous C++) aura également lieu.
L'application biologique sera centrée sur l'analyse d'images de la croissance de levure
et/ou sur les puces ADN.
Programme :
Notion de base de la vision et de l'imagerie numérique. Modèles de couleurs.
Introduction aux méthodes principales d'Analyse et de Traitement d'Image Numérique
- Histogrammes des niveaux de gris. Transformations linéaires.
- Rehaussement d'Image, Filtrage, "débruitage", Convolution,
- Détection des contours, des objets,
- Reconnaissance des formes.
Les notions de bas des séquences des images
- (Frames, Animation / Vidéo, Détection de mouvement)
Exemples d'imagerie en biologie
TD/TP
- application des notions sur des images de puces à ADN et /ou sur les images de levure.
- programmation des opérateurs les plus classiques en Java et/ou en C++.
30NE07BI - Virologie et génomique bactérienne (3 ECTS)
Enseignants : Ceccaldi P.E., Martin-Verstraete I., Van Der Werf S.
Responsable pédagogique : Martin-Verstraete I.
Objectif :
Appliquer la démarche génomique à l'étude des microorganismes.
Utilisation des technologies à grande échelle pour suivre le comportement des microrganismes dans
l'environnement. Applications à l'étude des transferts horizontaux et des microorganismes
émergents, à la modélisation du métabolisme, au génie microbiologique et à
l'optimisation des procédés microbiologiques industriels. Introduction à la virologie,
notions d'émergence et de variabilité, stratégies de réplication virale et
interactions virus-hôte, applications au développement des antiviraux et des vaccins.
Programme :
Microbiologie
- Génomique microbienne
Séquençage, organisation et spécificité des génomes bactériens, les approches de metagénomique
Génomique fonctionnelle : diversité des stratégies d'inactivation des gènes et d'identification de fonction chez les bactéries, recherche de gènes essentiels
Réseaux de régulation : Utilisation des méthodes d'analyse globale pour analyser les différents niveaux de contrôle:
Le "quorum sensing" et le régulon PlcR
La répression catabolique chez les firmicutes
Fermentations : la régulation coordonnée du métabolisme carboné chez les bactéries lactiques.
- Génomique comparative, transferts génétiques
Plasticité des génomes : évolution par perte de gènes, analyse d'événements de recombinaison
Transferts génétiques : transformation, transduction, conjugaison
Les ilôts génomiques
Les intégrons
Microbiologie et environnement : Acquisition d'un plasmide impliqué dans la dégradation d'un pesticide, l'atrazine par les bactéries
La Diversité bactérienne
Utilisation d'outils moléculaires pour identifier les microorganismes et analyser leur diversité.
Séminaires sur articles
Virologie
Introduction à la virologie
- Les grandes épidémies, définition des virus
- Structure et classification, stratégies de réplication virale
- Interactions virus- cellule hôte et équilibre pathogène système immunitaire
- Stratégies de lutte antivirale
Variabilité génétique des virus
- mécanismes de la variabilité (mutations, recombinaisons, réassortiments)
- dynamique de l'évolution des populations virales
- facteurs d'évolution des populations virales
Conséquences biologiques de l'évolution des populations virales
- variation antigénique et échappement à la réponse vaccinale
- résistance aux traitements antiviraux
- adaptation à l'hôte, transmissions interespèces et émergence virale
- variations de tropisme viral et pathogenèse
Modélisation moléculaire des virus et relations structure-fonctions des protéines virales
- structure des virus et des assemblages moléculaires viraux
- évolution dynamique et relations fonctionnelles des structures des protéines virales (glycoprotéines d'enveloppe, protéases, polymérases)
- applications à la conception d'antiviraux de vaccins viraux
30NE22IS - Drug Design (3 ECTS)
Enseignants : Faulon J.L., Moroy G., Taboureau O.
Responsable pédagogique : Moroy G
Objectif :
La conception de médicaments ou drug design nécessite de plus en plus l'utilisation d'outils
informatiques pour optimiser le temps et les coûts liés à la découverte de nouvelles molécules
thérapeutiques.
L'objectif de cet enseignement est de présenter les bases théoriques, les algorithmes et les programmes utilisés
pour mener à bien des recherches en drug design.
En particulier les approches chemoinformatiques qui concernent
l'étude des molécules potentiellement thérapeutiques et les approches bioinformatiques
basées sur la structure de la protéine ciblée.
Programme :
*Représentation et manipulation des structures chimiques.
*Les descripteurs moléculaires pour le criblage virtuel et les relations structure activité et structure
propriété
*Introduction à la conception de médicaments par des approches basées sur la structure de la
protéine ciblée (docking, criblage virtuel, flexibilité du récepteur).
*Structure des protéines.
*Outils online aidant à la conception de médicaments
30NE10BI - Programmation Web (3 ECTS)
Enseignant : Moroy G.
Responsable pédagogique : Moroy G
Programme :
Le protocole HTTP - Principe de fonctionnement d'un serveur Web
Le langage HTML: langage de balise pour la représentation de documents
Applications logicielles sur le Web
- extension du modèle de documents hypertexte
- formulaires HTML
- exemple des CGI: fonctionnement, écriture de CGIs en Python
- problèmes spécifiques aux applications Web: absence d'état, sécurité, lisibilité (templates)
Approfondissements autour de HTML
- Langages de script côté client: Javascript
- Feuilles de style: CSS
XML
- Utilités du format
- Propriétés, typage, contrôle et validation
- Technologies associées: Xpath, XSLT
Services Web
- Utilité des services web
- Différents standards
- Exemples bioinformatiques
Architecture et conception de sites
Compétences visées :
- Comprendre l'utilité des technologies Web d'une manière générale, et dans le monde de la bioinformatique en
particulier.
- Se familiariser avec un ensemble représentatif de technologies utilisées pour la publication de documents et l'écriture
d'applications sur le Web.
30NE10IS - Protein docking (3 ECTS) UE du M1ISDD ouverte en option au M1BI
Enseignant : Fernandez-Recio J.
Responsables pédagogiques : Camproux A-C., Fernandez-Recio J.
Programme :
Prédiction des interactions protéine.
Prédiction des interfaces Protéine-protéine.
Docking protéine-protéine.
Méthodes de calcul pour définir des fonctions de score et d'affinité.
Modélisation de la flexibilité des association protéine-protéine.
Identification de hot-spot deliaison dans la conception des médicaments.
Approches multi-docking moléculaire
Compétences visées :
Les étudiants apprendront l'état de l'art des méthodes de calcul pour la prédiction des
interactions protéine par des simulations de docking-amarrage. Ils seront en mesure
d'approche des problèmes d'amarrage réelles de protéines et d'utiliser les méthodes
disponibles et les serveurs Web pour la modélisation de la structure de complexe protéine-
protéine à partir de sous-unités non reliées. Ils apprendront à intégrer des informations
provenant du docking, de données de mutation, de conservation de séquence et de prédiction de site de liaison.
30NE01IS - Initiation à la Programmation (3 ECTS) UE du M1ISDD ouverte en option au M1BI
Enseignant :
Responsables pédagogiques :
Programme :
Former les biologistes à la programmation par le biais d'un langage ouvert et accessible aux novices : python.
A l'issue de ce module, les étudiants devront être capables de faire leurs propres scripts d'analyse de résultats.
- La notion de programmation
- Introduction au langage Python
- Notion d'objet en Python
- Le module BioPython
- L'API PyMol
- Programmation objet en Python: classes et héritage
- Scripting, wrap de programmes externes
- Interface Python/C/R
Partie pratique :
Applications directes de la partie théorique avec comme finalité :
- la rédaction d'un script d'analyse de résultat de Blast ?
- la rédaction d'une commande/plugin PyMol
Applications directes de la partie théorique avec comme finalité :
- conception d'une classe minimale pour l'analyse de fichiers de séquence au format FASTA
- interface avec un programme externe comme CLUSTALW
- extension d'une classe pour parser les structures au format PDB