Gubs, un langage de description comportementale pour la biologie de synthèse - Archive ouverte HAL Access content directly
Theses Year : 2014

Gubs, a behavioral description language for synthetic biology

Gubs, un langage de description comportementale pour la biologie de synthèse

Abstract

The field of synthetic biology is looking forward engineering framework for safely designing reliable de-novo biological functions. In this undertaking, Computer-Aided-Design (CAD) environments should play a central role for facilitating the design. Although, CAD environment is widely used to engineer artificial systems the application in synthetic biology is still in its infancy. In this article we address the problem of the design of a high level language which at the core of CAD environment. More specifically the Gubs (Genomic Unified Behavioural Specification) language is a specification language used to describe the observations of the expected behaviour. The compiler appropriately selects components such that the observation of the synthetic biological function resulting to their assembly complies to the programmed behaviour.
La biologie de synthèse est un domaine émergent en quête d’outils afin de formaliser et d’automatiser la caractérisation et la conception de systèmes biologiques. Dans ce cadre, nous proposons un langage de spécification comportementale des systèmes biologiques, ainsi que la conception d’un compilateur traduisant cette spécification en un assemblage de composants biologiques. La première partie sera dédiée à un langage de description comportementale nommé Gubs (Genetic Unified Behaviour Specification) pour la spécification de composants biologiques en les décrivant comme des systèmes ouverts dynamiques et discrets. Gubs est un langage déclaratif dont la syntaxe se fonde sur une description des comportements par un ensemble de relations causales. Contrairement à un système fermé, un programme est toujours une description partielle du comportement du système. La sémantique a été conçue afin de prendre en compte la présence d’actions non spécifiées qui pourraient potentiellement altérer le comportement des composants programmés en l’exprimant sous forme d’une formule de logique hybride. En seconde partie, nous introduisons un système formel décrivant les principes de compilation d’une spécification en Gubs en un ensemble de composants biologiques synthétisables. Ce système est implémenté par Ggc, un compilateur permettant de sélectionner automatiquement les composants possédant les propriétés adéquates pour qu’une fois assemblés ils simulent le comportement décrit. La compilation d’une spécification Gubs s’appuie sur le principe d’ACI-Unification en utilisant un schéma similaire au système de preuve automatique afin de sélectionner les composants dont l’assemblage est correct par rapport à la spécification. Dans le cadre d’une unification avec une base de données de grande taille, l’algorithme d’ACI-Unification bascule sur un algorithme évolutionnaire d’optimisation permettant la recherche des composants en adéquation avec le programme afin d’obtenir une solution. Finalement, cette thèse se conclut sur un ensemble d’optimisations permettant de sélectionner des composants selon des propriétés biologiques afin d’obtenir une sélection plus fine dans le but d’assurer une synthèse des éléments in-silico en systèmes biologiques viables in-vivo. Nous concluons aussi sur un traitement automatique des bases de données à disposition des chercheurs afin de les traduire en un ensemble de composants Gubs.
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Dates and versions

tel-01204950 , version 1 (24-09-2015)

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  • HAL Id : tel-01204950 , version 1

Cite

Adrien Basso-Blandin. Gubs, un langage de description comportementale pour la biologie de synthèse : Conception d'un langage dédié à la conception de fonctions biologiques de synthèse par compilation de spécifications comportementales. Bio-informatique [q-bio.QM]. Université d'Evry, 2014. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-01204950⟩
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