Des chercheurs fran�ais publient aujourd’hui les r�sultats d’une �tude math�matique sur le m�tabolisme complexe des plantes, qui pourrait permettre d’am�liorer notre ma�trise des flux de mati�re et d’�nergie.

Les organismes vivants ont d�velopp� des syst�mes de r�gulation de leurs voies m�taboliques, qui leur sont n�cessaires pour survivre. Pourquoi ne pas s’inspirer de ces m�canismes afin d’am�liorer notre ma�trise des flux de mati�re et d’�nergie ? C’est � cette question complexe que se sont attel�es des sp�cialistes qui publient aujourd’hui les r�sultats de leur �tude.

Des chercheurs du CNRS, de l’INRA et du CEA ont d�velopp� un mod�le math�matique repr�sentant les voies de biosynth�se des acides amin�s chez la plante Arabidopsis. Ce mod�le a permis de reproduire fid�lement des mesures r�alis�es avec des plantes enti�res, d�montrant ainsi son exactitude. Des simulations ont alors permis de comprendre qualitativement et quantitativement le fonctionnement d’un tel r�seau de contr�le. Ces r�sultats viennent d’�tre publi�s en ligne par la revue Molecular Systems Biology.

Le CEA �voque l’image d’une usine qui fabrique simultan�ment, � partir d’un m�me stock de pi�ces d�tach�es, plusieurs mod�les de voiture � une vitesse de 20 000 voitures par seconde et qui doit, de plus, adapter sa vitesse de production � un apport de pi�ces d�tach�es plus ou moins efficace ainsi qu’� une demande tr�s fluctuante des consommateurs. � ce rythme, plus d’un milliard de voitures peuvent �tre fabriqu�es en une journ�e. On comprend ais�ment qu’� cette vitesse, le moindre retard lors d’une �tape puisse conduire � un chaos indescriptible.

Vitesse extraordinaire

De tels flux sont caract�ristiques des processus de synth�se des petites mol�cules dans les organismes vivants (m�tabolisme). Ces derniers ont en effet �t� capables, au cours de l’�volution, de d�velopper des syst�mes de contr�le permettant de g�rer leur production de mol�cules, � des vitesses parfois encore 1 000 fois plus grandes. Ces m�canismes de contr�le sont n�cessaires pour �viter une rupture de stock ou un engorgement qui ralentiraient la croissance de la plante, ou tueraient les cellules, lors d’un changement dans leur environnement. Par exemple, la lumi�re, source d’�nergie pour les plantes, peut augmenter brusquement apr�s le passage d’un nuage ; un coup de vent peut faire baisse la temp�rature d’une dizaine de degr�s, divisant ainsi la vitesse de travail dans la cellule par deux.

Partant du principe que la nature, dans sa capacit� � g�rer des syst�mes complexes, �tait sans doute un bon exemple � suivre pour am�liorer notre ma�trise des flux de mati�re et d’�nergie, les chercheurs se sont fix�s comme objectif de mod�liser un syst�me m�tabolique comprenant de nombreuses bifurcations et un r�seau dense de contr�les (synergie, feedback, inhibitions, activation, doubles contr�les). Ils se sont inspir�s de mod�les exp�rimentaux pour obtenir les informations n�cessaires � la mise en place du mod�le math�matique.

Vitesse et sensibilit� des robots

Plus pr�cis�ment, le mod�le concerne la mesure de la vitesse � laquelle les � robots � (les enzymes) transforment ou assemblent des pi�ces (les m�tabolites). Les chercheurs se sont pench�s �galement sur la mesure de la sensibilit� de certains � robots � (les enzymes allost�riques) � diff�rents signaux (selon les niveaux de certains stocks, ces enzymes cl� travailleront plus ou moins vite).

Chaque brique d’information n’est pas en elle-m�me porteuse de sens. Mais lorsque l’ensemble de ces donn�es a �t� assembl� dans un mod�le math�matique d’un niveau de complexit� tr�s �lev�, il a �t� possible de simuler le comportement du syst�me et de reproduire des mesures r�alis�es avec des plantes enti�res. Le mod�le a �galement permis de reproduire quantitativement le comportement de certaines plantes mutantes. Ces r�sultats validant le mod�le, des simulations, int�grant la modification de certains param�tres, ont alors �t� r�alis�es et ont permis de comprendre qualitativement et quantitativement le fonctionnement d’un tel r�seau de contr�le.

Probl�matique du r�seau �lectrique

Ces probl�matiques de contr�le rencontr�es dans les syst�mes vivants se rapprochent de celles rencontr�es, par exemple, dans un r�seau �lectrique. Ainsi, le mod�le math�matique mis au point pourrait permettre d’am�liorer l’efficacit� de ce dernier. Les chercheurs s’int�ressent dor�navant � d’autres syst�mes m�taboliques qui pr�sentent une architecture de contr�le diff�rente ainsi qu’� d’autres m�canismes de contr�le qui op�rent sur des gammes de temps plus lentes et qui ont pour fonction de contr�ler le nombre d’enzymes.