Ride the Supercoiling: Evolution of Supercoiling-Mediated Gene Regulatory Networks through Genomic Inversions

Doctorant : Théotime GROHENS

Laboratoire INSA : LIRIS

Ecole doctorale : ED512 InfoMaths

Evolution is often considered an unpredictable process, as genetic mutations happen at random.
But the fixation of mutations is not completely arbitrary, as mutations need to pass the sieve of natural selection to be retained.
In particular, the beneficial or deleterious character of a mutation can depend on the genetic background in which it happens, an effect called epistasis.
In this work, I study a particular kind of epistatic interactions in bacteria: the interplay between mutations in the mechanisms regulating DNA supercoiling -- the level of over- or under- winding of DNA -- and genomic rearrangements. I present _EvoTSC_, a mathematical and computational model of DNA supercoiling tailored to study the mutual interaction between gene transcription and DNA supercoiling (the _transcription-supercoiling coupling_ or TSC), and integrated into a full-fledged evolutionary simulation.
I first validate the model by showing that evolution can leverage this coupling to evolve gene regulatory networks that are able to tune gene expression levels in response to environmental perturbations, by changing only the relative positions of the genes  through genomic inversions.
I then show that, in _EvoTSC_ as well as in the evolutionary simulation platform _Aevol_, introducing supercoiling mutations does not seem to speed up evolution, indicating that the evolutionary relevance of epistatic interactions might be not as important as initially thought.
Using _EvoTSC_, I additionally show that the TSC can lead some genes to be activated by an excess of positive supercoiling, providing a plausible mechanism to explain the similar behavior observed in many bacterial genes. Finally, I characterize the structure of these supercoiling-mediated gene regulatory networks, showing that they cannot be reduced to local pairwise interactions.
Interaction with many neighboring genes can indeed be needed to regulate gene expression through supercoiling, providing a possible explanation to the evolutionary conservation of gene syntenies.
 

 

In situ compression of cerium oxides in environmental transmission electron microscopy

Doctorante : Rongrong ZHANG

Laboratoire INSA : MatéIS

Ecole doctorale : ED34 Matériaux de Lyon

Ceramic materials present excellent mechanical strength and are used in many fields. However, the most detrimental characteristic of ceramics is their brittleness, which restricts their application. Recent investigations have shown that nanoscale ceramic materials display superior plastic deformation than their bulk counterparts. This plastic behavior at the nanoscale might be interesting to improve the ceramic processing either by decreasing the energy needed during the process or by optimizing the microstructure obtained. However, few studies on plastic behavior of ceramic materials have been reported so far.
This study deals with cerium oxides nanocubes with sizes ranging between 20 and 130 nm. We use in-situ nanocompression tests in Environmental Transmission Electron Microscopy (ETEM) on isolated nanocubes. The cube geometry assures to test the cube along a known crystallographic direction <001>. During the test, stress/strain curves  are obtained from the sensor of the sample holder and coupled with video of the compressed nanoparticle.
Due to a reduction effect of the electron beam in the TEM, different structures are tested, from CeO2 to Ce2O3 depending on the experimental conditions (electron dose or presence of gas around the sample).
We conduct compression tests on bixbyite Ce2O3 and on fluorite CeO2. During compression of bixbyite, we observe the formation of perfect dislocations followed by their dissociation into partials with the formation of stacking faults. This mechanism can be compared to what is observed in FCC structures.
On fluorite CeO2, dislocations appear but rarely dissociate. By using several zone axes, dislocations can be indexed. With our results, the main slip system is identified as
<110>{111}. CeO2 also shows a strong size effect on strength. This size effect is found to depend on the electron dose rate and is reversible. It is discussed by using models from the literature and by considering the deformation mechanism.

Le Deeptech Tour met les projecteurs sur la Deeptech : des startups hautement technologiques qui façonnent le monde de demain, souvent issues de long travaux de recherche qui aboutissent sur une idée, une technologie qui changera notre quotidien. 

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Rejoignez le Deeptech Tour pour comprendre comment les projets Deeptech valorisent vos publications et votre thèse, comment les liens se tissent entre startup et monde de la recherche et comment vous lancer dans l’entrepreneuriat ; si cela vous tente. 

Derrière chaque startup Deeptech, il y a des individus qui étaient à votre place avant de se lancer. Ils et elles sont chercheurs, doctorants, étudiants ou entrepreneurs et ils ont décidé de valoriser leur travaux différemment. Venez les rencontrer, ils partageront avec vous leur histoire, leur parcours et leur passion. 

Au programme :

• Des tables rondes dont les maîtres mots sont concrets et actionnables
• Des retours d’expériences inspirationnels de personnes de ceux qui l’ont fait
• Des workshops en petits comités privilégiant l’échange et les interactions
• Des rencontres qui pourraient changer les choses 

 

 

 

Un évènement organisé par le département FEDORA (Formation par la Recherche et Études Doctorales) afin de récompenser les meilleurs travaux doctoraux de l’INSA Lyon.

Les lauréats 2021 :

Santé Globale et Bio-ingenierie
Nellie Della Schiava

Information et Sociétés Numériques
Jordan Bouaziz

Environnement : Milieux Naturels Industriels et Urbains
Géraldine Cabrera

Transport : Structures, infrastructures et Mobilités
Alice Dinsenmeyer

Energie pour un Développement Durable
Giulia Lombardi

Maître de conférences à l’Imperial College London, Florian Bouville n’imaginait pas qu’une telle carrière s’offrirait à lui lorsqu’il n’était encore qu’un jeune étudiant en IUT. En intégrant l’INSA, sa vision va se transformer, et lui permettre de se réaliser dans un parcours auquel il n’avait pas pensé. Portrait. 

Depuis deux ans, Florian Bouville enseigne dans un établissement prestigieux du Royaume-Uni, l’Imperial College London. Récemment, il a décroché une subvention du conseil européen de la recherche, European Research Council Starting Grants, une bourse des plus difficiles à obtenir dans un univers concurrentiel exacerbé. Aujourd’hui, il peut préparer la constitution d’une équipe de recherche pour mener des travaux sur 5 ans, sur la thématique qui lui tient à cœur : fabriquer des matériaux en céramique moins fragiles.
« L’idée est d’inventer de nouveaux procédés pour rendre les céramiques tellement peu fragiles qu’elles deviendraient déformables et augmenter leurs possibilités d’applications. Les matériaux en céramique sont très résistants à la corrosion et durables, mais ils ont une fragilité qui ne permet pas de les employer autant qu’ils pourraient l’être. Le projet est de parvenir à programmer la structure des matériaux en éléments capables de s’imbriquer parfaitement et ainsi leur permettre de résister à la fissuration », explique l’enseignant-chercheur.
Pièces de moteur, implants biomédicaux, boîtier de téléphone ou enveloppe d’ordinateur sont autant de possibilités ouvertes à un tel procédé s’il parvenait à porter ses fruits.

Ce choix de la céramique, Florian Bouville l’a fait à l’INSA Lyon, lorsqu’il était élève-ingénieur au département sciences et génie des matériaux (SGM). Il découvre alors ce matériau et en perçoit tout le potentiel aux côtés de Jérôme Chevalier, alors directeur du laboratoire MatéIS¹ et Sylvain Meille, professeur et responsable de l'équipe Céramiques et Composites à MatéIS.
« Je travaillais sur un projet avec une entreprise sur les substituts osseux et j’ai eu le déclic. Mais je n’avais pas du tout envie de faire une thèse à l’époque ! Démarrer l’INSA était déjà quelque chose de très satisfaisant pour moi qui venait d’un IUT Mesures Physiques. Je visais le master pour trouver ensuite un poste d’ingénieur dans l’industrie », raconte Florian. 
Au contact de Jérôme Chevalier et Sylvain Meille, le jeune homme envisage petit à petit l’idée d’entamer une thèse, mais toujours dans l’optique de travailler avec le monde de l’entreprise. « J’ai trouvé une offre chez Saint-Gobain, à Cavaillon, pour démarrer une thèse en partenariat avec l’INSA, cette fois avec Eric Maire du laboratoire MatéIS. Et c’est là que mes perspectives ont vraiment changé : je me suis rendu compte que je préférais la partie recherche à celle du développement dans mes travaux de thèse. Cette expérience est très importante parce qu’elle m’a apporté la culture de la recherche en entreprise et l’aptitude à travailler avec des industriels. Les délais sont différents, tout comme les équipes et les moyens associés. Mais j’ai pris goût à la recherche pure, et la suite de mon parcours allait prendre un autre tournant : il me fallait faire les bons choix pour m’ouvrir un maximum de portes dans ce monde-là », souligne Florian, qui raconte avec modestie la suite de son parcours extraordinaire.
Doctorat en poche, il poursuit son parcours à l’ETH, l’école polytechnique fédérale de Zürich, pour un post-doc des plus formateurs. Là, il rentre en contact avec l’équipe du Centre for Advanced Structural Ceramic à l’Imperial College, à Londres. Il ne sait pas encore que c’est grâce à ce lien que quelques années plus tard, il saisira l’opportunité de postuler à l’Imperial College London, pour un poste d'enseignant-chercheur nouvellement ouvert. « Ironie du sort, ma compagne a elle aussi saisi une opportunité à Londres, elle qui travaille dans la recherche privée. Nous sommes donc londoniens depuis deux ans », précise Florian, très heureux de sa situation.

Dans son nouvel environnement, Florian a pris ses marques rapidement. « L’imperial College et l’INSA ont quelques similitudes, comme le point commun de placer le bien-être de l’étudiant et son développement au centre de sa formation, au-delà de l’excellence technique qui est un prérequis de base », partage l’enseignant-chercheur.
« Si j’ai un message à faire passer aux insaliens, c’est de profiter des années où ils sont sur le campus, qui pour moi ont été parmi les meilleures de ma vie. C’est un cadre où on apprend énormément, où on développe sa personnalitét. C'est une étape fondatrice dans le parcours d’une vie », ajoute le brillant professeur.
« La diversité présente sur le campus, l’éthique, l’ouverture d’esprit et l’humanisme qui ont régné autour de moi pendant mes années d’études ont changé mes perspectives de carrière », conclut-il.

¹ Matériaux : ingéniérie et science (INSA Lyon / CNRS / Université Lyon 1)

Doctorante en deuxième année au laboratoire MATEIS¹ et professeure vacataire au département FIMI, Mathilde Maillard est également l’animatrice des podcasts « Bien dans ma thèse ». Représentante des doctorants de son laboratoire à l’École Doctorale Matériaux², elle a dû réagir tout de suite pour accompagner ses collègues doctorants dans la continuité de leurs travaux de recherches, à distance. Podcasts ou rendez-vous live, elle a pris à bras le corps les problématiques auxquelles sont confrontés les doctorants confinés : organisation de travail bouleversée, vie académique à l’arrêt et motivation parfois en rémission. Interview.
 
Vous êtes actuellement doctorante en deuxième année au laboratoire MATEIS. Le confinement a bouleversé les quotidiens de chacun. Comment vous êtes-vous préparée à aborder le travail d’une doctorante confinée sereinement ? 
Il a fallu s’organiser pour gérer cette période car, contrairement à l’idée reçue, le doctorant n’est pas un scientifique isolé qui travaille toujours dans son coin ! On travaille en équipe, au sein d’un laboratoire de recherche alors, il a fallu que je réfléchisse à un nouveau plan. Je travaille sur une technique de fabrication additive pour des applications biomédicales. Comme la plupart des doctorants de deuxième année, je n’en suis pas encore à la phase de rédaction de ma thèse mais bien aux essais d’impression 3D, en laboratoire. J’aurais dû effectuer des manipulations pour générer les données qui valideront mes écrits, alors mes travaux sont très impactés par le confinement. Cependant, c’est une situation de laquelle j’essaie de tirer parti au maximum, notamment en développant mes podcasts, « Bien dans ma thèse », destinés aux doctorants et aux futurs doctorants. Aussi, je continue à me former à travers des formations en ligne. Comme le dit mon directeur de thèse, Jérôme Chevalier, c’est surtout une situation qui nous permet, pour une fois, de prendre de la hauteur vis-à-vis de nos sujets de thèses, beaucoup de recul, et de se plonger dans la recherche bibliographique pour maîtriser encore plus tous les aboutissants de notre domaine. Il faut garder le cap !
 
En collaboration avec Le Grand Labo, un média scientifique en ligne pour chercheurs et jeunes chercheurs, vous avez lancé, depuis l’annonce du confinement, « SOS Téléthèse », un live vidéo à destination des doctorants, comme vous, confinés. L’outil numérique est-il une réponse adaptée à la situation des thésards ?
Pour la recherche, tout n’est pas totalement substituable via le télétravail, comme les manipulations qui nous sont désormais impossibles. La plupart des évènements académiques ont aussi été annulés et c’est une vraie lacune pour nous car ils nous permettent d’avoir de nouvelles idées, de présenter nos travaux de thèses et surtout d’établir notre réseau entre doctorants et chercheurs. « SOS Téléthèse » est une solution qui permet de fédérer la communauté et maintenir un lien virtuel entre doctorants et jeunes chercheurs partout en France. Ça n’est pas nécessairement une réponse complète aux problématiques des doctorants confinés, mais nous savons que cela aide beaucoup de gens à se recentrer sur leurs travaux car il est parfois difficile d’y voir clair, notamment en terme d’organisation. La volonté derrière ce live est aussi de créer un espace de partage, moteur de motivation et source d’information. En parallèle, j’ai créé un espace Discord qui permet actuellement à 750 doctorants de tous les horizons de partager des ressources, d’échanger et de surtout de se soutenir, c’est important. D’ailleurs, s’il y a des doctorants qui nous lisent, n’hésitez pas à nous rejoindre !
 
En février, vous avez donné naissance à « Bien dans ma thèse », un programme de podcasts qui a pour but de casser certains clichés sur le doctorat et de parler du diplôme. En temps de confinement, le podcast est tendance. De quoi traite celui que vous animez ?
Avant de me lancer dans l’aventure doctorale il y a deux ans, je me suis aperçue qu’il y avait un réel manque d’informations sur le quotidien et les débouchés du diplôme. Comme beaucoup de gens, j’avais beaucoup d’idées reçues : « Le doctorant est un loup solitaire qui n’a pas de vie sociale », « Il n’y a pas assez de postes académiques » ou « Il faut être plus intelligent que la moyenne », des opinions dans lesquelles je ne me reconnaissais pas. Maintenant, me voilà doctorante et j’ai vraiment envie de déconstruire ces clichés. Le doctorat permet d’avoir un diplôme certes, mais c’est une véritable expérience professionnelle et « Bien dans ma thèse » a pour vocation d’apporter de l’information sur le déroulement d’un travail de thèse. D’ailleurs, beaucoup d’étudiants en Master 2 me questionnent régulièrement sur le sujet, car si on ne va pas chercher l’information, personne ne nous la donne vraiment. Le podcast a le vent en poupe et c’est un média très agile à pratiquer, il suffit presque d’un micro, d’un ordinateur et d’un invité. À travers des portraits de docteurs et doctorants de différents horizons, j’essaie d’apporter un peu de nouveauté en déconstruisant cette fausse image que l’on a de la recherche doctorale (et de ses doctorants). D’ailleurs, je prépare un épisode spécial confinement, alors restez connectés !

¹Matériaux Ingénierie et Sciences (UMR 5510), INSA Lyon/CNRS/Université Lyon 1
²ED 34

Ingénieure diplômée du département Informatique en 2017, Marie Le Guilly découvre son appétence pour la recherche et n’est pour l’instant pas déçue. Au contraire, un premier prix à l’école d’été sur la science des données et une thèse dans le cadre de l’enjeu Société Numérique à l’INSA Lyon la pousse aujourd’hui à réfléchir à son avenir d’ingénieure et bientôt docteure INSA.

Vous vous êtes démarquée à l’école d’été organisée par ACM (Association for Computing Machinery) sur la science des données, quel retour d’expérience pouvez-vous faire ?
« Sur les conseils de mes encadrants de thèse, je suis partie à Athènes du 11 au 17 juillet dernier participer à six jours intensifs autour de la science des données, ou data science, un thème en vogue en ce moment ! Je faisais partie des 55 participants sélectionnés sur 180 candidats au départ, nous avons été évalués tous les jours et je suis arrivée classée première à la fin de la semaine. À chaque journée son intervenant, j’ai appris beaucoup de choses et rencontré beaucoup de gens. Tout le monde était très compétent et je ne m’attendais pas à ce prix ! »

Vous rentrez en dernière année de thèse au LIRIS (Laboratoire d’informatique en image et systèmes d’information), pourquoi avoir choisi ce doctorat ?
« Dès ma dernière année en cycle ingénieur, je me suis intéressée à la recherche et j’ai choisi d’abord de faire un stage en laboratoire pour voir si je me sentais de partir pour 3 années de doctorat ! Le test a été convaincant et j’ai donc intégré l’équipe « base de données » du LIRIS après avoir été diplômée ingénieure. Avec mes encadrants, Jean-Marc Petit et Vasile-Marian Scuturici, nous déterminons ensemble le périmètre de mes travaux de recherche. J’avais très envie de travailler sur deux domaines : l’apprentissage automatique et les bases de données, deux communautés fortes et très proches mais avec peu d’interaction entre elles. Au fil de ma thèse, je me suis intéressée au croisement de ces deux disciplines. Avec l’objectif de rédiger et soutenir ma thèse en septembre 2020. » 

La recherche à l’INSA Lyon a été structurée autour de 5 enjeux sociétaux. Votre thèse s’inscrit dans le cadre d’un contrat doctoral ciblé sur l’enjeu Information et Société Numérique. Quel regard portez-vous sur ce contexte ?
« J’aime l’aspect à la fois théorique et appliqué de ma thèse, avec parfois l’opportunité de collaborer avec des entreprises. J’aime bien voir l’impact concret de mes travaux, discuter avec des gens qui peuvent être intéressés par les applications que ces travaux permettent. C’est très valorisant et encourageant de se dire que nos recherches servent à quelque chose. Et c’est très enrichissant de se situer entre la recherche académique et la recherche appliquée, et de participer à un enjeu sociétal. »

Qu’envisagez-vous pour la suite ?
« Je ne sais pas encore mais c’est vrai que la recherche me plaît beaucoup. Donner des cours aussi, j’enseigne l’informatique aux élèves du premier cycle. Je finis ma thèse, je me marie, et après on verra ! »

Afin de récompenser les meilleurs travaux doctoraux de l’INSA Lyon, le département FEDORA (Formation par la Recherche et Études Doctorales) organise un second « Prix de thèses ».

Les dossiers de candidatures doivent s’inscrire dans l’un des cinq enjeux sociétaux qui structurent l’activité « recherche » de l’établissement : « Énergie pour un développement durable », « Environnement : Milieux Naturels Industriels et Urbains », « Information et Société Numérique, « Santé globale et Bio ingénierie » et « Transport : Structures, Infrastructures et Mobilités ». Les candidatures sont ensuite étudiées par un jury et sont exposées au grand public par les lauréats lors d’une cérémonie de remise de prix.

L’événement répond à une double volonté, comme l’explique Florence Popowycz, Directrice du département FEDORA de l’INSA Lyon.

« Le prix de thèses permet de mettre en lumière des travaux d’une très grande qualité. En effet, au sein de l’établissement, les doctorants n’avaient pas encore d’événement à proprement parler pendant lequel ils obtenaient reconnaissances et visibilité, mise à part pendant leurs soutenances. Il s’agit aussi de faire connaître l’univers de la recherche, une activité mystifiée, qui effraie souvent les élèves-ingénieurs. Le département FEDORA souhaite faire des Prix de thèses, un événement pérenne et fédérateur pour les doctorants et doctorantes. »

Gloria Vilches-Freixas  et Ruben Teixeira Franco  sont deux des lauréats de la première édition. Tous deux sont ravis d’avoir participé à ce prix et ont vu leurs travaux récompensés par leur établissement.

« Les publications scientifiques, c’est déjà très gratifiant, mais obtenir une reconnaissance de la part de son établissement l’est encore plus, explique Ruben. Je conseille aux doctorants d’y participer ne serait-ce que pour présenter son travail à un public hétérogène ; c’est un exercice très intéressant que de faire comprendre à des non-experts
un travail pointu ! »

Gloria a elle aussi donné beaucoup d’importance au fait d’apprendre à communiquer sur ses propres travaux.

« La communication est pour moi l’un des devoirs du scientifique. Cela peut faire naître des vocations à des futurs doctorants, et faire découvrir un métier qui ne connaît pas de routine ! J’ai été très honorée de recevoir ce prix qui représente une véritable reconnaissance des efforts et du travail accomplis pendant trois ans. » 

© Tim Douet

• Le dépôt des candidatures est ouvert jusqu’au 30 avril 2019.
• Pour plus d’informations : « flyer prix de thèse »

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Mathieu Gaillard, ingénieur INSA Lyon, a été récompensé le 24 janvier dernier à l'Ambassade de France à Berlin par l’Université Franco-Allemande (UFA) pour ses résultats particulièrement brillants dans le cadre de son double-diplôme intitulé « Multimedia, Distributed and Pervasive Secure Systems ». Retour sur le parcours d’un surdoué de l’informatique.

Mathieu, pouvez-vous raconter en quelques lignes votre parcours à l’INSA Lyon ?

« Le département IF est celui que je convoitais lorsque j’ai postulé à l’INSA. Après les deux premières années, j’ai réussi à l’intégrer et je n’ai pas regretté mon choix. J’ai d’abord fait mes trois premiers semestres en cursus normal puis je me suis orienté vers le parcours franco-allemand. Un double diplôme particulièrement intéressant, car il permet d’obtenir en deux ans un diplôme d’ingénieur en France et un Master of Science en Allemagne, en associant l’ingénierie et la recherche. Plus précisément, mon travail a porté sur l’application des dernières avancées en intelligence artificielle à la recherche d’images quasi-similaires. Ma thèse de Masterarbeit (équivalent allemand du Projet de Fin d’Études) s’intitule 'Perceptual Hashing using Convolutional Neural Networks for Large Scale Reverse Image Search' que l’on pourrait traduire en 'Hachage perceptuel basé sur des réseaux de neurones à convolution pour la recherche d'image inversée'. »

Pourquoi avoir souhaité faire un double diplôme ?

« J’ai décidé de prendre part à ce double diplôme pour deux raisons. D’abord pour m’ouvrir à d’autres opportunités et pour progresser dans les langues étrangères. Ensuite, j’envisageais à plus long terme de faire une carrière dans la recherche académique ou industrielle, et ce cursus fortement axé recherche a tout de suite attiré mon attention. J’ai donc vu la parfaite opportunité d’allier ma passion pour l’informatique avec mon souhait de débuter une carrière scientifique à l’international. »

De gauche à droite : David Capitant, Président de l’UFA, Mathieu Gaillard, Johannes Marvin Eckhardt, Dieter Babiel, Président Directeur Général du Hauptverband der Deutschen Bauindustrie, Olivier Mentz, Vice-président de l’UFA (© Jacek Ruta/DFH-UFA) 

Qu’est-ce que cette expérience vous a apporté ?

« Indéniablement, j’ai énormément amélioré mon niveau d’allemand et d’anglais durant mes séjours. Mais indépendamment de l’aspect linguistique, j’ai eu la chance de travailler avec de très bons professeurs, qui m’ont aidé à appréhender tous les aspects de la recherche : identification d’un problème pertinent, synthèse bibliographique, réalisation de la contribution scientifique, rédaction et publication d’un article. J’ai aussi acquis beaucoup de compétences interculturelles et j’ai découvert l’Allemagne qui est un pays fascinant. Je me sens, en outre, beaucoup plus européen qu’au début de mes études. »

Et quels sont vos projets pour la suite ?

« Je suis actuellement étudiant en PhD à l’Université Purdue, dans l’Indiana aux États-Unis au sein du High Performance Computer Graphics (HPCG) Laboratory. Je travaille principalement sur la génération procédurale et l’informatique graphique. Je collabore d’ailleurs régulièrement avec certains de mes anciens professeurs du département informatique. À long terme, je ne sais pas exactement ce que je vais faire même si je suis conscient de toutes les opportunités qui pourraient s’offrir à moi. J’ai encore quelques années pour réfléchir. Je pourrais aller travailler dans la Silicon Valley ou devenir fonctionnaire européen ou encore maître de conférences en France. Pour le moment, j’ai l’impression de ne m’être fermé aucune porte, au contraire j’ai l’avenir devant moi ! »