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TheoBioR 

Méthodes informatiques pour la modélisation et l’analyse des réseaux biologiques 

Axe: SciLex
Coordinateur : Loïc Paulevé (CNRS/LRI), Stefan Haar (Inria Saclay-Île-de-France/LSV)
Production scientifique:
  • Les réunions du GT ont permis d’identifier une thématique de recherche commune entre les équipes du LRI, LSV, et IBISC, qui a donné lieu à une soumission de projet ANR en 2016 (toujours en attente du résultat), et d’un projet PEPS INS2I obtenu en 2017. Des travaux issus de ce GT ont également abouti à une soumission d’un article de journal(actuellement en révision mineure pour TCS), et à deux publications en conférence (CMSB’17 et CONCUR’17).
    • Thomas Chatain and Loïc Paulevé. Goal-Driven Unfolding of Petri Nets. 28th International Conference on Concurrency Theory (CONCUR 2017)
    • Hugues Mandon, Stefan Haar, and Loïc Paulevé. Temporal Reprogramming of Boolean Networks. In CMSB 2017 - 15th conference on Computational Methods for Systems Biology.
Objectif : Séminaires réguliers et travail collaboratif sur le thème de l'analyse des réseaux biologiques.
Financement Labex en : 2016/2018
Mailing-list: gt-theobior@lists.lri.fr

Le GT TheoBioR porte sur les méthodes informatiques pour la modélisation et l’analyse des réseaux biologiques. Ceci inclut les travaux autour des familles de modèles suivantes :
  • modèles statiques : réseaux de réactions, réseaux de régulations ;
  • modèles de la dynamique qualitative des réseaux : réseaux Booléens et multi-valués ;
  • modèles hybrides : dimension temporelle et/ou stochastique.
Les différentes analyses effectuées sur ces modèles portent typiquement sur :
  • caractérisation de la dynamique : états stationnaires (points fixes, attracteurs cycliques)propriétés temporelles ; composants/transitions critiques ;
  • liens fondamentaux entre la topologie du réseau et ses caractéristiques dynamiques ;
  • identification et synthèse de modèles à partir de spécifications logiques et/ou de données expérimentales ;
  • comparaison et réductions de réseaux.
Ces analyses ont des applications directes en biologie des systèmes et en biologie de synthèse, par exemple pour la prédiction de régimes stationnaires et de leur atteinte, l’identification de cibles pour le contrôle de la cellule, la conception in-silico de réseaux artificiels, ou encore l’étude de l’évolution des réseaux biologiques.
Les fondements méthodologiques de ces analyses sont généralement issus des domaines suivants:
  • vérification de modèle ;
  • interprétation abstraite ;
  • théorie de la concurrence ;
  • résolution de contraintes ;
  • mathématiques discrètes.
Equipes participantes
  • I2BC (CNRS, Université Paris-Sud, CEA), équipe Bio-informatique moléculaire (Olivier Lespinet)
  • IBISC (Université d’Evry), équipe COSMO (Franck Delaplace)
  • INRA Jouy-en-Josas, unité MaIAGE (Vincent Fromion)
  • Inria Saclay-Île-de-France, EPI LifeWare (François Fages)
  • LRI (CNRS, Université Paris-Sud), équipe BioInfo (Christine Froidevaux et Alain Denise)
  • LSV (CNRS, ENS Cachan), équipe Mexico (Stefan Haar)
  • MAS (École Centrale Paris), équipe LogiMAS (Pascale Le Gall)

Perspectives :
CDD ingénieur de recherche adossé au GT - Développement d’interfaces Moodle avec programmes de recherche
  • Responsable Scientifique :
  • Candidat(e):
  • Durée du contrat : du 1er janvier 2018 au 31 décembre 2018
Résumé du projet :
Le GT TheoBioR regroupe différentes équipes travaillant sur les méthodes informatiques pour
la modélisation et l’analyse des réseaux biologiques. Ces équipes développent différents logiciels et outils qui implémentent des méthodes d’inférence de réseaux, de simulation, de vérification, et de prédiction. L’objet du projet TheoBioPyter est de fournir une distribution conjointe de ces différents logiciels, avec une interface web pour permettre de les exécuter facilement et d’enchaîner différentes analyses. Dans un premier temps, nous envisageons l’intégration des outils suivants :
  • le logiciel Pint, développé au LRI, qui implémente différentes analyses statiques pour l’analyse de la dynamique des réseaux d’automates et réseaux booléens ;
  • le logiciel caspots, développé en partie au LRI, pour l’identification de réseaux booléens à partir de données temporelles d’expression ;
  • le logiciel Biocham, développé à Inria, qui implémente la modélisation, la simulation, et la vérification de réseaux biochimiques ;
  • les outils développés au LSV pour le dépliage des réseaux de Petri, et le calcul des attracteurs dans les réseaux booléens ;
  • les outils développés à IBISC pour la prédiction du contrôle des réseaux booléens.
D’autres outils développés par des membres du GT pourront être également inclus.
L’objectif est d’une part de renforcer la visibilité des méthodes développées au sein du GT
TheoBioR, et d’autre part de faciliter et d’encourager l’écriture de workflows d’analyse de réseaux biologiques qui soient à la fois documenté et reproductible. La réalisation du projet se basera sur deux technologies : le système de conteneurs Docker et
l’application web de notebook interactif Jupyter.
Docker (http://docker.com) fournit un système dit de conteneurs pour faciliter la distribution de logiciels et services web sous forme d’images pré-installées. Une fois l’image créée, il suffit à un utilisateur de la télécharger et de l’ouvrir avec Docker pour pouvoir utiliser les logiciels sans aucune étape d’installation, que ce soit sous Linux, Mac OS X ou Windows. Sous Linux, l’exécution d’une image Docker n’entraîne aucune perte de performance, car elle ne nécessite pas de machine virtuelle ; sous Mac OS X et Windows, Docker utilise les dernières technologies pour limiter le coût dû à la virtualisation. Jupyter (http://jupyter.org) est une application web pour l’édition interactive de “notebook”, mêlant texte, images, et code (généralement fonctions python). Les workflows ainsi générés peuvent alors être aisément partagés, édités, et ré-exécuté. Combiné avec une distribution sous forme d’image Docker qui inclut tous les logiciels pré-installés, Jupyter facilite grandement la mise à disposition d’analyses reproductibles. Ces workflows peuvent ainsi être joints aux publications, avec la garantie de pouvoir les reproduire dans le même environnement Docker.
  • Résultats attendus
    • Conception d’une image Docker (1 mois) Les logiciels et outils ciblés devront être rassemblés dans un environnement commun qui sera intégré dans une image docker, prête à l’emploi sur Linux, Mac OS X ou Windows. Cette étape ne devrait pas poser de problème technique majeur, la plupart des outils ciblés s’installant sous Linux et utilisant des dépendances standards.
    • Intégration dans Jupyter (4-6 mois) Les logiciels Pint (LRI) et Biocham (Inria) disposent dores et déjà d’une interface pour le système Jupyter. L’ingénieur(e) aura pour tâche d’intégrer les autres outils mentionnés, en définissant une API python pour leur appel. De plus, Biocham étant actuellement intégré à l’aide d’un moteur spécifique (non python), un objectif supplémentaire sera d’étudier les possibilités de communications entre ce moteur et le moteur python pour faciliter la communication des différents outils.
    • Workflows de démonstration (4-6 mois) L’interface Jupyter sera alors utilisée pour produire des workflows de démonstration pour l’utilisation des différents outils intégrés dans le docker et dans Jupyter. Idéalement, ces workflows montreront la complémentarité entre ces outils. Ils porteront par exemple sur l’analyse de réseaux biochimiques, avec des simulations avec Biocham, de la vérification formelle avec Pint et les outils du LSV, et la prédiction de son contrôle avec les outils développés à IBISC.




Séminaires

22 et 23 juin 2017

Modèles logiques pour la représentation formelle des systèmes vivants

Programme
Jeudi 22 juin
  • 14h00 - 15h00: François Fages (Inria) "En quête du logiciel du vivant: succès et difficultés du paradigme de la vérification de programmes en biologie cellulaire"
  • 15h00 - 15h20: Laurent Trilling (Univ Grenoble) "Modélisation déclarative de réseaux de régulation génique. Apport de la programmation logique « non monotone"
  • 15h50 - 16h10: Morgan Magnin (École Centrale Nantes) "Enjeux de l'apprentissage de modèles dynamiques des réseaux biologiques par la programmation logique"
  • 16h10 - 16h30: Anne Siegel (CNRS) "Raisonner sur des abstractions et invariants de systèmes dynamiques en biologie avec ASP"
  • 16h30 - 16h50: Céline Rouveirol (Univ Paris Nord) "Découverte dans les réseaux biologiques hétérogènes : l'expérience Adalab"
  • 17h10 - 17h30: Béatrice Duval (Univ Angers) "Analyse différentielle de réseaux"
  • 17h30 - 17h50: Philippe Dague (Univ Paris-Sud) "Analyse de réseaux métaboliques en présence de contraintes biologiques : approches géométriques, combinatoires et logiques"
Vendredi 23 juin
  • 9h30 - 9h50: Andrei Doncescu (Univ Paul Sabatier Toulouse) "Quel type de modélisation pour des interactions entre composants biologiques ?"
  • 9h50 - 10h50: Pierre Siegel (Univ Aix-Marseille) "Logiques non-monotones pour les réseaux de gênes et les systèmes dynamiques booléens"
  • 11h20 - 11h40: Joëlle Despeyroux (Inria) "Towards a Logical Framework for Systems Biology"
  • 11h40 - 12h00: Loïc Paulevé (CNRS) "Approximations de problèmes PSPACE en SAT pour la reprogrammation cellulaire"
  • 12h00 - 12h20 Exposé Franck Delaplace (Univ Evry) "Abduction based drug target discovery using boolean control network"

27 février 2017: Causal Network Inference for Biology

Lieu: LRI, Bâtiment 660 - Claude Shannon, amphi
Programme
  • 09h45: coffee/welcome
  • 10h00-10h45: Hervé Isambert (CNRS, Institut Curie) "Learning causal networks with latent variables from multivariate information in observational data"
  • 10h45-11h30: Olivier Goudet (Inria, LRI)"Building causal graphs and applications in social science"
  • 11h30: coffee break
  • 11h45-12h30: Loïc Paulevé (CNRS, LRI) "Identification of qualitative dynamical models from perturbation time series data".
  • 12h30-13h: Discussion
Slides

29 novembre 2016: Hétérogénéité et dynamique des flux métaboliques

Lieu: LRI, Bâtiment 650 - Ada Lovelace, salle 435
Voir l'annonce
Programme
  • 10h-12h Exposés invités de
    • Sophie Colombié (INRA Bordeaux) "Modélisation et flux métaboliques au cours du développement du fruit"
    • Damien Eveillard (LINA, Nantes) "Metabolic Modeling of Microbial Communities: a computational viewpoint"
    • Joachim Niehren (Inria Lille) "Predicting Changes of Reaction Networks with Partial Kinetic Information"
  • 14h - 14h45 Exposé invité de
    • Thomas Duigou (INRA Jouy) "Dynamique d'un réseau métabolique avec un modèle à base de contraintes : approche par échantillonnage des trajectoires solutions"
  • 15h - 17h Discussions

13 juin 2016: Réseaux booléens et reprogrammation cellulaire

Lieu: LRI, Bâtiment 650 - Ada Lovelace, salle 435
Programme
  • 10h00 - 12h30
    • Wassim Abou-Jaoudé (IBENS)
    • Laurence Calzone (Curie)
    • Adrien Richard (I3S)
    • Sylvain Sené (LIF)
  • 14h - 15h : exposés de
    • Célia Biane (IBISC)
    • Hugues Mandon (LRI)
  • 15h - 16h : discussions

9 février 2016: Première journée du GT TheoBioR

Lieu: LRI, Bâtiment 650 - Ada Lovelace, salle 435
Programme
  • 9h45 accueil
  • 10h00 - 12h30
    • Présentation générale du groupe de travail
      • Équipe BioInfo (LRI) - Loïc Paulevé
      • Équipe COSMO (IBISC) - Franck Delaplace
      • Équipe Bio-Informatique Moléculaire (I2BC) - Bruno Bost
  • 12h30 - 14h00 Repas
  • 14h00 - 16h30
    • Équipe Mexico (Inria-Saclay/LSV) - Stefan Haar
    • Équipe Lifeware (Inria-Saclay) - François Fages
    • Équipe LogiMAS (MAS) - Paolo Ballarini
    • Unité MaIAGE (INRA) - Laurent Tournier
  • 16h30 - 17h00
    • Organisation du GT et discussions
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