Biophysique

L’axe Biophysique a pour objet l’étude du vivant par le développement d’approches innovantes, tant sur le plan expérimental, avec notamment les outils de la micro-manipulation de molécules et de cellules uniques, de la micro-fluidique, de la microscopie et l’optogénétique, que sur le plan théorique, en se fondant sur les méthodes et concepts de la physique statistique et de la physique non-linéaire. Ces approches visent à étudier les systèmes biologiques, du niveau moléculaire aux systèmes intégrés, que ce soit dans des conditions contrôlées pour réduire et maı̂triser la complexité du vivant, ou en s’efforçant de les comprendre dans leur fonctionnement et évolution dans des conditions naturelles. Les systèmes étudiés touchent les thématiques les plus fondamentales en biologie : structure et fonction de l’ADN et des protéines, biologie cellulaire (membranes, tissus, bactéries), génomique et évolution, développement, immunologie, neuroscience, ainsi que des problèmes ayant des retombées médicales, allant de la fertilité au cancer, et témoignant d’un effort constant d’interdisciplinarité.

L’axe Biophysique regroupe l’ensemble des équipes expérimentales et théoriques concernées par cette thématique :

ABCD : Biophysique des Biomolécules

J.-F. Allemand (PR ENS), D. Bensimon (DR CNRS), V. Croquette (DR CNRS), N. Desprat (MCF UPD)

L’équipe a une activité expérimentale qui va de léétude de biomolécules isolées à celle d’un organisme vivant en passant par la cellule unique. Les études sur molécules uniques utilisent une technique développée dans l’équipe pour manipuler (tirer et tordre) des molécules dADN pour obtenir des renseignements sur la physique des acides nucléques et celle des protéines qui agissent dessus. L’équipe étudie également les interactions entre bactéries au sein dune microcolonie, principalement les interactions d’adhésion des bactéries entre elles et avec leur substrat et les échanges entre bactéries, pour comprendre les contraintes écologiques et évolutives qui régulent la croissance d’un biofilm. Les études sur un organisme vivant se concentrent sur létude du développement et du cancer dans le poisson zèbre. Le groupe utilise une technique optogénétique permettant le contrôle de l’expression génétique au niveau d’une seule cellule. Nous étudions la somitogénèse dans ce poisson mais aussi les mécanismes précoces de la carcinogénèse à partir d’une seule cellule.

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Biophysique et Neuroscience Théoriques

R. Azeredo da Silveira (CR CNRS), M. Benamar (PR SU), F. Corson (CR CNRS), L. Foret (MCF SU), V. Hakim (DR CNRS), J.-P. Nadal (DR CNRS)

L’équipe, composée de théoriciens, s’attache à éclairer le comportement des objets biologiques, de l’échelle moléculaire et cellulaire à celle de l’organisme entier, de la biophysique à la neuroscience. Le grand nombre d’éléments en jeu et leurs interactions complexes rendent particulièrement pertinents les outils de la physique non-linéaire et statistique. Les questions étudiées s’étendent de la formation de structures intracellulaires au développement normal et pathologique des organismes, et de la dynamique, du codage et de l’apprentissage dans les systèmes neuronaux, aux fonctions cognitives. Théorie et modélisation s’inscrivent dans un dialogue étroit avec l’expérience, en col-
laboration avec différents laboratoires en France et à l’étranger. En marge de ses principaux thèmes d’activité, l’équipe s’intéresse également à des sujets connexes : matière active et physique hors-équilibre, physique statistique de l’apprentissage, systèmes complexes.

Mécanismes Moléculaires Membranaires

C. Gourier (DR CNRS), F. Pincet (DR CNRS)

L’équipe mène une recherche à l’interface Physique/Biologie, visant à décrire de manière quantitative et prédictive des phénomènes biologiques fondamentaux. Ses principales thématiques portent sur les interactions, la dynamique et les remaniements membranaires à l’origine de l’adhésion cellulaire et la fusion membranaire dans la neuro-transmission et la fécondation. Elle caractérise les états intermédiaires de ces processus en termes d’énergie, de structure, d’organisation moléculaire et de dynamique de membrane, en combinant approches et outils physiques de pointe (quantification de lien moléculaires et d’adhésions membranaires par micromanipulation d’objets individuels, imagerie quantitative, microfluidique), biochimie, biologie cellulaire et en développant des modèles biomimétiques inspirés de la physique de la matière molle.

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Microfluidique, Émulsion et Biologie

R. Thiam (CR CNRS)

L’équipe s’intéresse à deux thématiques. La première est la régulation du métabolisme énergétique cellulaire par des organelles dites gouttelettes lipidiques, qui sont des gouttes d’émulsion huile-dans-eau formées dans la cellule lors des périodes de stockage d’énergie. L’équipe développe des approches fondées sur la physique des émulsions, combinées avec de la biologie cellulaire, afin de comprendre la dynamique de ces gouttelettes. Plus précisément, elle essaye de comprendre comment ces organelles se forment et comment des protéines se recrutent de façon spécifique à leur interface eau-huile pour réguler le métabolisme. Le deuxième sujet concerne le criblage de l’activité de protéines à la surface de gouttes d’émulsion générées et contrôlées par des outils microfluidiques. L’objectif est de comprendre comment les propriétés physico-chimiques de membranes d’émulsion, dites DIBs, régulent la communication entre compartiments par le biais des protéines étudiées.