M2 Systèmes Biologiques et Concepts Physiques

Guillaume Tresset.

Cours et TP, en salle informatique à Orsay.

L'objectif du cours est de donner aux étudiants une introduction à l'analyse de données. En physique expérimentale, il est indispensable de bien maîtriser l'acquisition et le traitement de données, en particulier, un traitement rigoureux des incertitudes de mesure est crucial pour une validation correcte des hypothèses qui ont motivé les expériences. L'inférence baysienne sera introduite. Le machine learning sera également introduit.

Aucun.

Novembre - Décembre.

ORSAY

Brigitte Pansu Christophe Poulard Pierre Levitz.

Cours à Orsay.

Ce module permet aux étudiants d’aborder différents aspects de la matière molle appliquée à la biologie. Notre environnement naturel ainsi qu’artificiel est largement constitué de matière dite molle, matière condensée mais matière mal organisée. La structure et les propriétés de ces systèmes complexes à base de colloïdes, tensioactifs ou polymères sont sensibles à de nombreux paramètres extérieurs : température, présence d’eau, sollicitation mécanique faible et leur compréhension fait appel à des notions de physique fondamentale (physique statistique, mécanique...).
L’objectif de ce module est de présenter quelques concepts de physique de base essentiels pour analyser ou prédire le comportement de ces systèmes de matière molle.

Cours de physique statistique et biologie du M2.

Novembre - Décembre.

ORSAY

Nathalie Westbrook François Treussart.

Cours à Orsay, à l'IOGS ou au LPS (Orsay).

Ce module donne les bases de la microscopie optique, du point de vue design optique, résolution et contraste. Les méthodes standard comme le fond noir, le contraste de phase et le contraste interférentiel sont expliquées et des méthodes plus récentes de microscopie de phase quantitative sont aussi abordées. La microscopie de fluorescence et les avantages des différents types de marqueurs (organiques, protéines fluorescentes et Qdots) sont discutés. Les évolutions récentes sur la super résolution au-delà de la limite de diffraction sont présentées en faisant le choix de détailler deux d'entre elles: l'illumination structurée, qui permet d'approfondir la description en termes de fréquences spatiales, et la microscopie PALM ou STORM qui est à rapprocher de la microscopie de fluorescence en molécule unique.

Cours d'optique ondulatoire L3 physique fondamentale.

Novembre - Décembre.

ORSAY

Christophe Deroulers Etienne Fayen.

Les étudiants disposent chacun d'un ordinateur avec quelques langages de programmation et outils installés, dans une salle informatique à Orsay.

Durant les projets de physique numérique, les étudiants, par groupes de deux pour la plupart, s'efforcent de résoudre un problème biologique à l'aide d'un programme informatique qu'ils développent eux-mêmes. Les enseignants fournissent une liste de propositions de sujets mais les étudiants sont encouragés à choisir, sous le patronage des enseignants, leur propre sujet d'après leurs centres d'intérêt scientifiques (projet de thèse, problèmes aperçus lors de stages passés ou dans des articles scientifiques par exemple). Les thèmes abordés couvrent la mécanique ou la croissance d'un tissu ou d'un organisme vivant, les comportements collectifsdebactéries ou de cellules eucaryotes, des systèmes neuronaux... Le sujet peut aussi être emprunté à la physique en cas de motivation des étudiants.

UE de physique numérique de licence et de master de physique fondamentale.

Novembre - Décembre.

ORSAY

Philippe Vernier Viriginie Courtier.

Les cours ont lieu au bâtiment Condorcet (Université Paris Diderot).

Les progrès de la génétique moléculaire au cours des 10-15 dernières années ont ouvert les perspectives remarquables qui vont de la compréhension des mécanismes fondamentaux de fonctionnement des gènes et de leurs rôles dans divers processus biologiques, y compris la mise en place des cellules et tissus différenciés au cours du développement. Les cours ont pour but de faire comprendre, dans leurs grandes lignes, ces développements, de permettre aux étudiants le dialogue avec les biologistes et d'appréhender les thématiques qui leur seront proposées en thèse.

Cours d'introduction à la biologie.

Septembre - Octobre.

PARIS

Giuseppe Foffi Rik Wensik Marc Durand.

Les cours ont lieu au bâtiment Condorcet à l'Université Paris Diderot.

Le cours vise à montrer des applications de la physique statistique à la biologie.
Le programme du cours est le suivant:
1) Introduction/révision

2) Dynamique: processus stochastiques, équation de Langevin, équation de Fokker Planck, etc..

3) Polymères et filaments

4) interfaces et membranes: conformation statique et énergie static

3) Membranes: fluctuations.

Bases de physique statistique d'un M1 de physique fondamentale.

Septembre - Octobre.

PARIS

Julien Heuvingh Stéphanie Mangenot Christophe Regeard Claire Desnos Mike Dubow.

Le cours d'introduction à la biologie et les projets se déroulent à plein temps à Orsay pendant les 15 premiers jours du master, en septembre. Le cours de Systèmes Cellulaire a lieu à Paris, en octobre (les autres cours sont également à Paris dès la fin des projets).

Cette UE allie deux cours d'introduction à la biologie et un projet expérimental.
Le premier cours d'introduction à la biologie cellulaire et moléculaire fondamentale offre un cadre de formation pluridisciplinaire désireux d'œuvrer dans les domaines de la biophysique et de la biologie cellulaire et présente les principaux concepts actuels de la biologie moléculaire et cellulaire ainsi qu’une introduction à la structure et à la fonction d'organismes avec une approche intégrée à la cellule et à la biologie moléculaire et génétique. Le cours inclut également une introduction à la génétique moléculaire et aux mécanismes évolutionnaires.
Le second cours "Systèmes cellulaires" est un cours d'introduction à la biologie, au niveau de la cellule et de son cytosquelette.
Les projets expérimentaux sont des « mini-stages » de 10 jours, pendant lesquels les étudiants sont mis devant une situation expérimentale telle qu’elle est généralement rencontrée en laboratoire. Plusieurs thématiques sont proposées: l'une est en biologie pure (microbiologie) et encadrée par un enseignant chercheur biologiste, les autres à l'interface physique biologie sur la croissance de colonies de bactéries, la formation de biofilms et l'acoustique pour la santé.

Aucun prérequis.

Septembre - Octobre.

ORSAY - PARIS

Sophie Cribier, Claudine Mayer, Daniel Picot.

Cet enseignement se déroule lors d'une semaine de déplacement pédagogique à la Station Biologique de Roscoff.

Cette UE consiste en des analyses d'article présentées à l'oral par les étudiants. Les articles sont en relation avec les différentes thématiques et techniques étudiées durant le semestre. Chaque étudiant présente deux articles sur des thématiques différentes et éloignées du sujet du stage du second semestre. Dans ce cadre les étudiants présentent aussi le stage qu'ils effectueront au second semestre. Cette présentation permet aux étudiants de mieux appréhender et préciser les enjeux scientifiques de leur stage.

Décembre - Janvier.

Claudine Mayer, Sophie Cribier, Stéphanie Mangenot, Muriel Delpierre, Carine van Heijenoort, Cathy Etchebest, Maria Barbi, Marc Baaden, Emmanuelle Sachon, Chantal Prevost, Isabelle Callebaut.

Cette UE consiste une présentation des méthodes physiques d’étude des macromolécules. Sont abordés : les différentes méthodes de microscopie utilisées en Biologie ; la cristallisation des protéines pour leur étude structurale en diffraction ; la spectroscopie de masse ; la Résonance Magnétique Nucléaire (RMN). Les étudiants étudient dans un cours plus détaillé les applications de la RMN à la structure des macromolécules et leurs interactions et à l’imagerie (IRM). Enfin, les étudiants sont initiés aux techniques informatiques de modélisation moléculaire et de prédiction de structure des protéines et de l’ADN. Cette dernière thématique est en partie mutualisée avec l’UE « projet numérique » de la coloration Physique de la Matière et Biologie.

Septembre - Octobre - Novembre - Décembre.

PARIS

Sophie Cribier, Claudine Mayer, Daniel Picot, Claire Saintomé, Dirk Stratmann, Benjamin Bailleul, Astrid Walrand.

Les étudiants apprennent les bases de la structure des macromolécules biologique. D'une part, les molécules solubles : les acides nucléiques et les protéines solubles et d'autre part les systèmes auto-organisés biologiques, tels que les membranes (lipides et protéines membranaires). Dans ce cadre ils étudient également la bio-énergétique (photosynthèse).

Septembre - Octobre - Novembre - Décembre.

PARIS

Ce cours fait l'objet d'une inscription à l'Institut Pasteur via le M2 en juillet. Tous les cours, Tes et Tes ont lieu à Paris, à l'Institut Pasteur.

Les thèmes abordés : culture de cellules animales normales et immortalisées, variation génétique : mutation, amplification et régulation génique, transgénèse, analyse génétique des génomes, cytogénétique morphologique et hybridation in situ. Analyse du trancriptome.
La partie pratique initiera les étudiants aux techniques suivantes: culture de mutants d’amplification et analyse de séquences amplifiées par peignage d’ADN et hybridation in situ ; analyse cytogénétique des hybrides somatiques ; utilisation des sondes fluorescentes ; caryotypes en bandes et hybridation in situ sur chromosome métaphasique. Mutagénèse de levure. Analyse de linkage, lodscore et bases de données. Microarrays.

Cours d'introduction à la biologie et UE concepts et Méthodes en Biologie.

Novembre - Décembre.

PARIS

François Graner Hervé Isambert.

Cours au bâtiment Condorcet de l'Université Paris Diderot.

Ce cours en deux parties abordera la biologie de façon transversale, à des échelles variées allant de la molécule à l'organisme. Il présentera deux axes de recherche actifs, et pour cela s'appuiera largement sur des articles récents avec une approche de physicien.
* Première partie "Réseaux biologiques : propriétés, inférence et évolution"
-rands types de réseaux biologiques (réseaux d'interaction protéine-protéine, réseaux de régulation de l'expression des gènes, réseaux métaboliques, voies de signalisation, réseaux de neurones, etc)
- propriétés topologiques, dynamiques et fonctionnelles principales: distributions de connectivité, motifs récurrents, principes de multi-stabilité et cycles limites, principes de régulation par activation ou répression et loi de la demande, robustesse au cours de l'évolution, correction d'erreur par étapes irréversibles, etc.
* Deuxième partie "De la cellule au tissu" (François Graner)
Cette partie du cours propose une approche progressive de la cellule à l’organisme
adulte. Les organismes vivants qui nous entourent sont constitués de cellules, assemblées en tissus, qui se mettent en forme progressivement pour former des organismes.

Janvier - Février - Mars.

PARIS

Cours au bâtiment Condorcet de l'Université Paris Diderot.

Le contenu de l’enseignement s’attachera à montrer comment, depuis le neurone jusqu’aux réseaux responsables des phénomènes comportementaux les plus élaborés, la manière dont sont construits les éléments qui composent le système nerveux est entièrement dirigée vers la fonction de transmission et de traitement d’informations. Il s’agira donc bien de montrer comment se fabrique et s’organise le système nerveux pour permettre à chaque instant l’adaptation de l’organisme au milieu et aux circonstances de sa vie.

Cours d'Introduction à la Biologie (M2 semestre 1) et UE Méthodes et Concepts en Biologie.

Janvier - Février - Mars.

PARIS

Benoît Ladoux Terence Strick Jean-François Léger.

Cours au bâtiment Condorcet à l'Université Paris Diderot.

Cet enseignement a pour principal objectif de montrer, à travers quelques exemples, ce qu'une
approche physique peut apporter à la compréhension de structures et de mécanismes observés à l’échelle de la cellule ou de la molécule unique.
Le cours abordera notamment les points suivants:
1/ Aspects physique du cytosquelette et mouvements cellulaires
- Mouvements cellulaires (à bas nombre de Reynolds ; bactéries ; cellules eucaryotes).
- Mouvements moléculaires (Forces mécaniques; rhéologie; diffusion et forces thermiques; dynamique des polymères biologiques).
- Architecture du cytosquelette et dynamique cellulaire (migration)
2/ Manipulation d'ADN surenroulé
- Expériences de manipulation de molécules d'ADN uniques (pinces optiques ; microfibres (AFM) ; pinces magnétiques).
- Mesures de Forces sur ADN et surenroulement de l'ADN dans la nature
3) Microscopie en Biologie
- Principes de base (résolution, ouverture numérique; microscopie confocale; chromophores utilisées en biologie (organiques / inorganiques, quantum dots, ...).
- Microscopies avancées et microscopies émergentes (super-résolution, STED, PALM, illumination structurée...; microscopies non-linéaires (bi-photonique, SHG, THG, CARS...) et applications aux observations in vivo).
- Méthodes émergentes (OCT, TIRF, Optique adaptative...)
- Exemples d’applications de la microscopie bi-photonique à l’étude de l’activité neuronale de réseaux de
neurones in vivo chez l’animal.

UE d'optique ondulatoire de licence et/ou de master de physique fondamentale.

Janvier - Février - Mars.

PARIS

Stéphane Douady.

Cours au bâtiment Condorcet de l'Université Paris Diderot.

Ce cours montre comment on peut décrire le comportement d'un système, même a priori complexe comme un système biologique, avec quelques équations très simples que l'on peut interpréter. Le principe est de ne chercher à décrire que les effets principaux (approximations) et d'utiliser des principes généraux (symétries). Bien que le système d'équation obtenu soit très simple, son évolution temporelle permet déjà de décrire de nombreux phénomènes complexes, et courants en biologie.
Le cours est aussi illustré par de petites expériences pour pouvoir "toucher" directement les phénomènes en question.
Les phénomènes abordés sont :
- Systèmes dynamiques non linéaires – introduction au chaos.
- Equation d'amplitude / forme normale, à propos de l'instabilité de Faraday. - Notion de bifurcation – analogie avec les transitions de phase.
- Exemple de bifurcation : Friction solide, stick-slip, milieux granulaires.
- Exemple dans le vivant : Phyllotaxie.
- Milieux excitables, Réaction chimique oscillante, Nerfs.
- Instabilité secondaire, chaos temporel vs chaos spatio-temporel, défauts
- Formation de motifs : Turing, Imprimeur, Saffmann-Taylor
- Exemple dans le vivant : coquillages, léopard, bactéries.

UE Physique statistique et Biologie du 1er semestre du M2.

Janvier - Février - Mars.

PARIS

Janvier - Février - Mars - Avril - Mai - Juin - Juillet.