De l’école aux formations post-baccalauréat 2021-2022

Dans le cadre d’un partenariat entre l’Éducation nationale et le CNRS pour mettre en lumière les enjeux actuels de la recherche en biologie (enjeux stratégiques, enjeux économiques, enjeux entrepreneuriaux, enjeux de formation) pour la France et l’Europe, il a été décidé au niveau national que l’année scolaire 2021-2022 sera « l’année de la biologie ».

Ce projet national a pour objectif de concerner l’ensemble des acteurs de la communauté éducative et scientifique de l’école maternelle jusqu’aux formations post-baccalauréat.

Des actions éducatives seront inscrites dans le cadre de l’année de la biologie et des formations destinées aux professeurs du premier et du second degré en partenariat avec le CNRS seront mises en place au sein de l’académie dans le cadre du Plan Académique de Formation.

Deux journées de formations seront proposées en 2022 sur 2 pôles :

Pôle Est à Rennes en partenariat avec l’IGDR (Institut de Génétique & Développement de Rennes, CNRS/Université de Rennes 1)

Date : Mercredi 6 avril 2022

Public : 43 enseignants attendus

Déroulé :

• 9H30-10H : Accueil café

• 10H-11H : Conférence générale

"Les virus géants : des casseurs de dogmes" par Chantal Abergel

Depuis leur découverte on a toujours considéré que les virus étaient les entités les plus petites en biologie. La découverte du premier virus géant, Mimivirus, a démontré l’existence de virus visibles au microscope optique avec un génome ADN comparable en complexité à celui des bactéries. Depuis, d’autres familles ont été isolées démontrant que les virus ne sont pas rares mais ont été occultés pour des raisons historiques. Les 2/3 de leurs gènes sont uniques à chaque famille questionnant sur leur origine et leur évolution. Ils jouent un rôle prépondérant dans l’environnement.

Chantal Abergel est titulaire d’un doctorat en science des matériaux. Après 5 années de postdoctorat aux Etats Unis au NIH, elle a été recrutée au CNRS comme ingénieur de recherche pour créer avec Jean-Michel Claverie le laboratoire Information génomique et structurale à Marseille. Depuis les années 2000 le laboratoire s’est focalisé sur l’isolement et la caractérisation de quatre familles de virus géants. La combinaison d’approches expérimentales avec des études théoriques visent à comprendre le rôle des virus géants dans l’évolution et leur rôle écologique dans l’environnement.

• 11H-11H30 : Intervention sur les parcours de formation / Parcours Sup par Pascale Quignon, enseignante chercheuse à l’Université de Rennes 1

• 11H30-12H30 : Conférence thématique

Loups, chiens et hommes : à quel point leurs destins sont-ils liés ?

L’histoire du chien constitue une part de l’histoire de l’humanité. En savoir plus sur l’histoire évolutive des chiens permet d’en savoir plus sur notre propre histoire, notre évolution, nos migrations, et même nos pathologies. Le chien vit dans des sociétés humaines depuis la fin du Paléolithique supérieur il y a 15000 ans. Le chien résulte d’un long et complexe processus évolutif avec d’abord la phase de domestication du loup, puis une intense sélection par l’Homme pour aboutir aux races modernes que nous connaissons aujourd’hui. L’accès aux données génétiques est possible grâce aux techniques de séquençage haut-débit de l’ADN qui concerne les êtres vivants, ainsi que les individus disparus depuis bien longtemps. L’ADN se conserve en effet près de cent mille ans à condition que l’environnement ne soit pas trop chaud et humide. La paléogénétique, cette nouvelle science qui aurait semblé utopiste il y a seulement dix ans, permet aujourd’hui de clarifier à grande vitesse l’histoire évolutive de l’humanité et celle des êtres vivants qui nous sont familiers. Nos travaux de recherche visent à reconstituer l’histoire évolutive des chiens en étudiant l’ADN de leurs restes archéologiques. Nos investigations questionnent comment des millénaires de domestication des chiens ont conduits à de profondes modifications du génome ? Notamment, quelles adaptations génétiques ont eu lieu lors du Néolithique, période de la sédentarisation de l’Homme et du développement de l’agriculture qui ont exercé de nouvelles formes de pression de sélection sur les génomes de l’Homme et du chien.

Christophe HITTE est ingénieur de recherche au sein de l’équipe "Génétique du chien" de l’IGDR. Il a rejoint le CNRS pour développer les premières cartographies du génome du chien, puis a participé au 1^er consortium international du séquençage du génome canin. Il a une forte expertise de l’analyse bioinformatique des données de séquençage de l’ADN, et notamment de l’ADN ancien, la paléogénétique. Il a notamment contribué à de multiples travaux sur la domestication du chien, et sur l’histoire commune des chiens et des hommes. Ces projets se réalisent dans un cadre pluridisciplinaire impliquant des spécialistes de la génomique, de l’archéo-zoologie et de la bioinformatique. Christophe Hitte s’implique également dans le développement de méthodologies bioinformatiques utilisant le Deep-learning pour exploiter les données génétiques issues des technologies modernes de séquençage haut-débit.

• 12H30-14H30 : déjeuner buffet (sauf impossibilité liée à la situation sanitaire)

• 14H30-17H05 : ateliers

• 17H10 : Clôture de la journée

Ateliers à la carte (inscription en amont), d’environ 30min (+10 min de battement), soit 4 ateliers possibles sur les 7 proposés.

1. La lumière comme outil d’investigation du vivant

Avec le développement des protéines fluorescentes (prix Nobel de chimie en 2008) pour marquer les protéines d’intérêt dans des échantillons vivants et l’utilisation de la lumière pour étudier la dynamique spatiale et temporelle de ces protéines marquées, la microscopie de fluorescence est devenue un outil incontournable pour la recherche en biologie. Elle permet aux chercheurs d’observer le vivant dans toute sa complexité et avec un minimum de perturbation. Les développements récents en microscopie (super-résolution, sectionnement optique, observation d’échantillons épais) autorisent un éventail étendu de méthodes très complémentaires. La plateforme de microscopie de Rennes met à disposition des équipes de recherche toutes ces méthodes. L’atelier proposé permettra d’appréhender l’intérêt et la richesse de ces approches pour étudier le vivant.

Marc Tramier, est ingénieur de recherche CNRS, directeur scientifique de la plateforme Microscopy Rennes Imaging Center. Pionnier de la technique de Fluorescence Lifetime Imaging Microscopy (FLIM) en France et responsable de l’équipe Microscopie de fluorescence quantitative à l’Institut de génétique et développement de Rennes1, il développe des outils originaux en microscopie de fluorescence appliqués à la compréhension du vivant. Il dirige la plateforme de microscopie de Rennes rassemblant en un même lieu les instruments et les compétences nécessaires aux observations en imagerie cellulaire. Concevoir, transmettre, transférer, former, mettre à disposition, sont les maitres-mots de son activité.

2. Étude d’une maladie rare : d’un ver de terre aux patients

Les maladies rares sont souvent difficiles à étudier car on manque de modèles pour les caractériser. La présentation, qui sera à la fois expérimentale et théorique, montrera comment on peut combiner un modèle invertébré, le nématode C. elegans, et des modèles non animaux, les organoïdes d’intestin de souris, pour mieux comprendre les défauts induits par la maladie des inclusions microvillositaires.

Flora Demouchy, doctorante à l’IGDR, est une chercheuse spécialiste de l’intestin et utilise le nématode C. elegans pour comprendre comment l’intestin se forme en contrôlant à la fois le nombre de ses cellules et leur organisation pour former un tube.

3. Manipulations génétiques, ARNm et pathologies

Pour étudier les mécanismes qui conduisent à l’apparition de pathologies chez l’humain, il est très souvent nécessaire de disposer de modèles, organismes ou cellules qui partagent avec les patients humains un certain nombre de caractéristiques. Nous présenterons un amphibien, le xénope, utilisable comme modèle de cataracte. Nous discuterons de plusieurs méthodologies visant à modifier de façon ciblée l’expression de certains gènes : édition génomique par CRISPR/Cas9, ou transgenèse. Nous montrerons comment ces manipulations chez un organisme modèle permettent de mieux comprendre les pathologies humaines.

D’une cellule à une autre du même organisme, différents gènes sont exprimés. Comment s’opère ce contrôle de l’expression génétique, qui rend compte de la grande diversité dans l’organisme de cellules ayant pourtant toutes le même génome ? Luc Paillard, professeur à l’Université de Rennes 1, dirige l’équipe de recherche "Expression génétique et développement" de l’IGDR. Cette équipe s’intéresse aux contrôles qui s’exercent sur les ARN messagers (ARNm). Elle étudie notamment les défauts de ces contrôles qui peuvent aboutir à l’apparition de pathologies chez l’humain, et en particulier de cataracte.

4. Utiliser la drosophile et la biophysique pour comprendre l’origine des tumeurs

Les épithélia constituent des barrières essentielles à la fonction physiologique des organes. Ils sont constitués de cellules polarisées jointives grâces aux jonctions intercellulaires. Tout au long de la vie, les cellules épithéliales se divisent, communiquent entre elles pour acquérir leur identité. La dérégulation de ces processus est à l’origine des carcinomes (85% des cancers). Pour décrypter les mécanismes moléculaires et le rôle des forces mécaniques sous-jacents à ces processus, nous utilisons la Drosophile, des approches de génétique, de microscopie quantitative et de biophysique.

Mathieu Pinot, chargé de recherche CNRS et physicien de formation, a toujours été fasciné de décrypter les processus biologiques avec l’œil du physicien. Il utilise des approches multidisciplinaires à l’interface physique-chimie-biologie, au niveau : moléculaire lors de sa thèse à l’IPR (dynamique d’assemblage de polymères in vitro), cellulaire lors de son post doctorat à l’Institut Curie (Prix de l’Académie des Sciences ‘les grandes avancées en biologie’ pour le rôle des oméga 3 dans la transmission synaptique), et tissulaire depuis son recrutement à l’IGDR (rôle des forces mécaniques dans l’homéostasie des tissus épithéliaux).

Régis Giet est biologiste cellulaire et biochimiste de formation. La régulation, l’assemblage et les remaniements du cytosquelette durant la division cellulaire ont toujours été au centre de mes activités de recherche. Depuis 2012, il dirige une équipe au sein de l’IGDR qui vise à comprendre comment les mécanismes de la division cellulaire et le transport intracellulaire sont régulés de manière spatio-temporelle, en utilisant des cellules humaines en culture et la Drosophile.

5. Comprendre le vivant par la physique, les mathématiques et l’informatique

Les approches interdisciplinaires, mêlant la biologie à d’autres disciplines sont maintenant extrêmement présentes dans la recherche. En effet, la compréhension du vivant invite non seulement à la description mais surtout à déchiffrer les mécanismes à l’œuvre. Nous proposons trois pistes typiques des contributions des autres disciplines à la recherche en biologie : (1) l’instrumentation, (2) l’analyse d’image automatique et (3) la simulation numérique.

Dans le cadre de la biologie moléculaire et cellulaire, identifier les mécanismes implique classiquement de perturber chaque acteur du système, par exemple par des manipulations génétiques, et d’observer le phénotype, et partant de là, de déterminer le rôle de chaque composant 1. Cette observation nécessite des techniques toujours plus sophistiquées pour voir les évènements d’intérêt. Dans l’atelier, nous présenterons :

(1) Une innovation en microscopie en cours de développement par les équipes MFQ et CeDRE de l’IGDR et l’entreprise Inscoper, SAS, spin-off de l’institut. Le roboscope, grâce à l’intelligence artificielle (mathématiques appliquées) et un pilotage optimisé (informatique) seront capables de trouver les rares évènements de mitoses de les filmer à haute cadence d’acquisition.

(2) Au-delà de la simple automatisation, l’analyse des images est maintenant un paradigme classique pour extraire des informations au-delà de l’observation « aux yeux ». Nous verrons ainsi comment l’analyse d’image révèle la présence et la dynamique de filaments de diamètre 25 nm, environ 10 fois plus petits que la résolution des microscopes. Cela permet de cartographier dans la cellule, les forces qui s’appliquent durant la mitose.

(3) Enfin, atteindre la compréhension des phénomènes implique souvent de « reconstruire » le mécanisme étudié en dehors de la complexité cellulaire. Cela se fait de plus en plus via la simulation sur ordinateur. Ainsi, l’étude de la conformation de la dystrophine, protéine clef dans la compréhension de la myopathie, a bénéficié de la simulation des conformations de cette protéine aidée par la science participative jusqu’au serious game.

Ces quelques exemples illustreront comment déchiffrer le vivant n’est plus le seul apanage de la biologie mais requiert la contribution de toutes les disciplines.

Jacques Pécréaux, chargé de recherche CNRS, Responsable de l’équipe CeDRE (Responsable d’atelier)

Hélène Bouvrais, chargé de recherche CNRS, équipe CeDRE

Olivier Delalande, maitre de conférence à l’Université de Rennes 1, équipe RBS

Julia Bonnet-Gélébart, Ingénieure de recherche, équipe MFQ

6. Le séquençage de l’ADN pour la compréhension du vivant.

Depuis le séquençage du premier génome humain en 2001, les technologies de séquençage d’ADN ont connu des avancées majeures permettant aujourd’hui de séquencer un génome mammifère pour un prix raisonnable. L’IGDR dispose d’une plateforme séquençage utilisant deux technologies distinctes. Le séquençage « Sanger » ainsi que le séquençage de 3^e génération à haut débit (Nanopore). Dans un premier temps, ils vous expliqueront le principe de fonctionnement du séquençage et vous présenteront les différentes applications, en illustrant avec les projets de recherche menés au sein de l’institut. Puis, dans un deuxième temps, les intervenants présenteront les appareils (séquenceurs) disponibles au laboratoire, leur mode d’utilisation et répondront à vos questions.

Titulaire d’un doctorat de science biologie moléculaire au National Institutes of Health (NIH), Edouard Cadieu a rejoint l’équipe de génétique du chien à son retour des USA pour décrypter les maladies du chien homologues des maladies humaines en utilisant les nouvelles techniques de séquençage.

Stéphane Dréano, technicien CNRS à l’IGDR

Thomas Derrien, Chercheur CNRS à l’IGDR

Techniques utilisées pour la purification de protéines dans un laboratoire de recherche

Présentation des principales techniques de purification des protéines par chromatographie en phase liquide. L’utilisation des différentes propriétés physico-chimiques de la protéine d’intérêt permet de l’isoler afin de la rendre disponible en quantité suffisante pour les expérimentations effectuées au sein des équipes de recherche. Ainsi sont régulièrement pratiquées les chromatographies d’affinité, d’échanges d’ions et de gel filtration, mais aussi le chromatofocusing et la chromatographie d’interaction hydrophobe.

Christophe Tascon, assistant ingénieur de recherche CNRS, responsable technique du plateau de purification et d’analyse de protéine de l’IGDR.

7. Les électrons pour observer la vie à l’échelle moléculaire

Le principe de fonctionnement de la microscopie électronique sera présenté ainsi que le champ d’application de cette méthode pour étudier la biologie cellulaire et moléculaire. Les intervenants passeront ensuite à une démonstration du fonctionnement d’un microscope électronique et son utilisation pour l’observation d’un échantillon biologique cellulaire ou bien moléculaire, selon le groupe.

Titulaire d’un Master en Ingénierie de plate-forme en Biologie de l’université de Paris Diderot, Aurélien Dupont est ingénieur d’étude au sein de la plateforme de microscopie électronique MRic TEM de l’IGDR depuis 2017. Il utilise au quotidien différente méthodes de microscopie électronique avec une spécialisation dans la cryo-microscopie.

Denis Chrétien a effectué son doctorat au Centre d’Etudes Nucléaires de Grenoble (CEA). Il a ensuite rejoint le Laboratoire Européen de Biologie Moléculaire (EMBL) à Heidelberg pour effectuer un post-doctorat. En 1998, Denis Chrétien entre au CNRS à l’Université de Tours, puis s’installe à Rennes pour créer son équipe dans le cadre du programme ATIPE du CNRS, pour étudier le microtubule avec comme outil de prédilection la microscopie électronique, au sein de l’Unité d’interaction cellulaire et moléculaire de 1999 à 2012. En 2012, l’équipe a rejoint l’IGDR.

Pôle Ouest à Roscoff en partenariat avec le LBI2M (Laboratoire de biologie intégrative des modèles marins, CNRS/Sorbonne Université)

Date : Mercredi 27 avril 2022

Public :  30 enseignants

Déroulé :

• 9H30-10H : Accueil café

• 10H-11H : Conférence générale

Molécules de communication et adaptation des microorganismes par Soizic Prado

La plupart des organismes vivants hébergent des micro-organismes sans pour autant qu’ils ne développent de maladies. Au contraire certains de ces microorganismes peuvent être bénéfiques pour leur hôte et entretiennent avec eux une véritable communication par le biais de la production de petites molécules. La compréhension de cette communication chimique est un enjeu en écologie mais également une voie prometteuse pour l’identification de composés originaux et présentant des applications en agronomie et en sciences de la vie.

Soizic Prado, professeur au Muséum national d’Histoire naturelle est chimiste des produits naturels. Ses intérêts portent sur la caractérisation chimique et la compréhension écologique de la médiation chimique impliquée dans les échanges entre microorganismes et avec les hôtes qui les hébergent (plantes, algues, invertébrés marins. Elle se « biosinpire » notamment de ce dialogue moléculaire pour trouver de nouveaux composés d’intérêts agronomique ou thérapeutique.

• 11H-12H : Conférence thématique

Les virus marins dans l’intimité de la vie planctonique par Anne-Claire Baudoux, chargée de recherche CNRS

Beaucoup plus petits que les autres organismes, les virus sont longtemps passés inaperçus dans l’océan. Cela fait une trentaine d’années que les virus marins sont étudiés et leur importance pour le fonctionnement des océans est aujourd’hui sans équivoque. Chaque litre d’eau de mer contient des milliards de virus. Ces parasites sont susceptibles d’infecter tous les organismes vivants mais, dans le milieu marin, leurs cibles de prédilection sont les organismes planctoniques. Chaque jour, ils infectent et tuent une large fraction des bactéries et microalgues marines. Au-delà de la mortalité qu’ils imposent au plancton, les virus constituent une force directrice majeure dans l’évolution de leurs hôtes. Ils jouent également un rôle crucial dans le fonctionnement des grands cycles de la matière et du climat. Bien qu’ils aient longtemps souffert d’une mauvaise réputation due aux mortalités de masse qu’ils induisent, les virus sont désormais considérés comme de véritables chefs d’orchestre dans les océans.

• 12H-13H30 : Déjeuner (organisé par le laboratoire et la délégation régionale)

• 13H30-14H15 : Visites de l’aquarium, du Centre de ressources biologiques marines (CRBM) et des laboratoires

• 14H15-16H45 : Ateliers Les enseignants choisissent en amont, sur inscription, de suivre l’un des deux grands ateliers.

1. Outils d’étude pour les virus de plancton marin

Cet atelier propose une présentation générale des virus marins (diversité, impact écologique) et outils d’étude (support vidéo : https://images.cnrs.fr/video/4671). Le cycle de vie d’un virus planctonique sera suivi par microscopie optique. Les ressources disponibles pour les enseignants afin d’obtenir et cultiver des virus marins pour leurs activités scolaires (Roscoff Culture Collection) seront également proposées.

2. Diversité des interactions parasitaires algue/oomycète

Cet atelier se focalisera sur la diversité de nouveaux clades d’oomycètes parasites obligatoires d’algues rouges, d’algues brunes, et de diatomées, notamment au travers de l’observation et du marquage d’échantillons de terrain et de cultures de laboratoire. Les scientifiques illustreront la contribution de la biologie moléculaire a la taxonomie des oomycètes, et présenteront l’intérêt de ces nouveaux "patho-systèmes" marins pour l’étude des systèmes immunitaires eucaryotes et de l’évolution du parasitisme chez les oomycètes.

• 16H45 : Conclusion de la journée • 17H : Fin de la journée

Vous retrouverez le programme de ces deux journées sur le site web du CNRS consacré à l’année de la biologie.