Une ERC pour les mathématiques appliquées à la biologie et la médecine

Retracer la transmission d’un gène, ou modéliser les réactions de certaines cellules à différents traitements sont des enjeux actuels de la médecine et de la biologie. Cependant, ces modélisations présentent des difficultés, notamment de par la taille des populations de cellules étudiées qui peuvent varier d’une seule cellule à plusieurs milliers en quelques jours. Sylvie Méléard, Professeur au Centre de mathématiques appliquées (CMAP*) et Membre de l'Institut Universitaire de France, a consacré ses recherches au développement de modèles de mathématiques appliquées au domaine de la biologie. « Ce qui me motive, ce sont les échanges avec les biologistes, pour construire de nouveaux modèles et faire émerger de nouvelles questions mathématiques qui elles-mêmes conduiront à de nouvelles réflexions biologiques. Les problèmes mathématiques qui émergent ainsi sont passionnants et nouveaux » confie-t-elle.

Lauréate d’une bourse « Advanced Grant » décernée par le Conseil européen de la recherche (ERC), Sylvie Méléard va développer son projet SINGER, qui étudiera les dynamiques stochastiques de cellules individuelles (en anglais : Stochastic dynamics of sINgle cells). Organisé en quatre parties, ce projet profitera du réseau entre biologistes et mathématiciens que Sylvie Méléard a construit en tant que porteuse de la Chaire « Modélisation Mathématique et Biodiversité ».

Tout d’abord, le projet développera un modèle qui vise à expliquer la présence de certains gènes de résistance au sein des populations bactériennes. En effet, ces gènes particuliers sont conservés dans des fragments d’ADN séparés du chromosome, appelés plasmides, qui peuvent être transférés d’une bactérie à une autre par contact. Les bactéries possédant de tels plasmides mobilisent des ressources supplémentaires pour les stocker. Il est donc nécessaire d’étudier les compromis entre la démographie des cellules et leur possibilité de transfert et de voir quels comportements cela peut entrainer au long terme. Une attention particulière sera portée sur un potentiel équilibre entre bactéries possédant ces gènes de résistance ou ne les possédant pas, ou encore sur des phénomènes cycliques plus étonnants et difficiles à capturer mathématiquement.

Ensuite, le projet consistera à établir des méthodes systématiques pour caractériser les lignées d’individus à l’échelle évolutive. L’objectif est d’être en mesure de retracer l’évolution et la transmission d’un gène précis dans une population sur de nombreuses générations, en intégrant les changements de l’environnement cellulaire. La troisième partie est développée conjointement avec des médecins de l’Hôpital Saint-Louis (AP-HP), et modélisera les dynamiques cellulaires au sein de la moelle osseuse. Les enjeux sont de comprendre les mécanismes d’invasion des cellules cancéreuses, notamment dans le cadre des leucémies, d’apparition des résistances aux chimiothérapies, et les types de cellules où les mutations sont plus fréquentes.

Pour finir, le projet s’intéressera aux bactéries soumises à un traitement antibiotique. Ces derniers empêchent la plupart du temps les bactéries de se diviser, sans nécessairement les tuer directement. Les bactéries continuent donc de croître, pour former des cellules très grandes et allongées, phénomène encore mal pris en compte, mais observé par de nouvelles techniques biologiques dites « single cell » (cellule unique), qui sont en particulier développées par une équipe de l’Université d’Edimbourg qui fait partie du projet.

Ce financement ERC permettra à Sylvie Méléard de constituer une équipe de jeunes chercheurs afin d’explorer pleinement les différents axes de SINGER, dans l’objectif d’étudier mathématiquement de nouveaux modèles d’évolution à l’échelle de la population, et d’en déduire à long terme des pistes pour de nouvelles stratégies de traitements médicaux.

* CMAP : une unité mixte de recherche CNRS, École polytechnique - Institut Polytechnique de Paris

>> À propos de Sylvie Méléard :
Sylvie Méléard est professeur au Centre de mathématiques appliquées (CMAP) à l'École polytechnique depuis 2006 et porteuse de la Chaire « Modélisation mathématique et biodiversité » depuis sa création en 2009. Elle mène une équipe de recherche étudiant la dynamique des populations et l’évolution avec l’aide de ses recherches en probabilités et processus stochastiques. Chevalier de la légion d’honneur, elle a encadré près de 20 doctorants et participé à l’écriture d’une centaine de papiers de recherche. Sylvie Méléard se positionne donc comme leader de la modélisation probabiliste pour la biodiversité.
Plus d’informations sur son site personnel

>> à propos des bourses ERC Advanced Grant :
Attribuées par le Conseil européen de la recherche (ERC), les Advanced Grants visent à soutenir des projets en rupture, visant à repousser les frontières de la connaissance. Ils sont décernés à des scientifiques confirmés, sur la seule base de l’excellence. Ces subventions font partie du programme de recherche et d'innovation de l'UE, Horizon Europe.
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