MAMUTCELL

Axe Vivant

Mathématiques
∩ Biologie

Aperçu

Comprendre comment des systèmes vivants s’organisent à grande échelle. Modéliser des systèmes vivants de très grande taille (colonies de micro-organismes, écosystèmes bactériens du sol, réseaux de régulation de gènes, tissus en développement), afin d’appréhender comment l’auto-organisation à l’échelle macroscopique peut émerger d’interactions au niveau microscopique.

Mots clefs

Mathématiques appliquées à la biologie, équations aux dérivées partielles, transport optimal de mesures, processus stochastiques, microbiologie, mouvement collectif, écosystème, expression de gènes, biologie du développement

Coordination  

• Vincent Calvez (Mathématiques, Laboratoire de Mathématiques de Bretagne Atlantique (LMBA), UMR 6205, CNRS, Université de Bretagne Occidentale, Université Bretagne Sud)
• Tâm Mignot (Biologie, Laboratoire de Chimie Bactérienne (LCB), UMR 7283, CNRS, Aix-Marseille Université)

Financement

• ≈ 1 million d’euros sur 5 ans

Résumé

Le projet ciblé MAMUTCELL réunit des mathématiciennes et des mathématiciens ainsi que des biologistes autour de questions fondamentales de dynamique cellulaire à des échelles multiples. Les avancées technologiques récentes ont permis de poser un regard nouveau sur les comportements individuels de cellules au sein d’un vaste collectif. 

D’une part, il est désormais possible de scruter des trajectoires individuelles de bactéries au sein d’une foule dense, et par là-même d’interroger les règles de décision individuelles qui conduisent à l’émergence de mouvements collectifs singuliers (courants cellulaires, vagues synchronisées).

D’autre part, il est possible de mesurer la diversité dans l’expression des gènes au cours des différentes étapes de différentiation d’une population de cellules, et par suite de mesurer la variabilité des processus intracellulaires qui opèrent cette différentiation. 

Ces progrès spectaculaires appellent des développements mathématiques dans la modélisation et l’analyse des populations de cellules et de leur hétérogénéité, qu’elle soit spatiale ou génétique. Des cadres formels ont émergés naturellement, que ce soit les modèles cinétiques à l’échelle mesoscopique, ou des modèles individu-centrés à l’échelle microscopique pour les dynamiques spatiales, ou encore les flots de mesures pour les dynamiques génétiques. Ce projet a pour but de faire progresser la modélisation et l’analyse au sein de ces cadres formels, tout en gardant un ancrage fort dans la biologie, afin d’améliorer la compréhension de la complexité du vivant au travers des échelles, de l’individu au collectif. 

Ce projet propose également d’ouvrir des pistes de recherche ambitieuses à l’interface mathématiques-biologie dans des environnements complexes, que ce soit l’étude de bactéries prédatrices au sein d’un écosystème, ou bien le suivi de la différentiation de cellules au sein d’un tissu en développement