Benjamin Churcheward, équipe ComBi, soutiendra sa thèse intitulée :

« Models and methods for genome-resolved metagenomics »

Le 13 décembre 2022 à 9h30 dans l’amphithéâtre du bâtiment 34 sur le site de la Faculté des Sciences et Techniques (FST) de Nantes Université.

Jury :

Directeur de thèse: Guillaume FERTIN, Professeur, Nantes Université, Nantes, France
Encadrant de thèse: Samuel CHAFFRON, Chargé de recherche CNRS, LS2N, Nantes, France

Rapporteurs :
– Lucie BITTNER, Maîtresse de conférences, Sorbonne Université, Paris, France
– Éric PELLETIER, Directeur de recherche CEA, Genoscope, Évry, France

Examinateurs :
– Silvia G. ACINAS, Associate Professor, Institut del Ciencès del Mar, ICM-CSIC, Barcelone, Espagne
– Mathieu ALMEIDA, Chargé de recherche INRAE, MetaGenoPolis, Paris, France
– Dominique LAVENIER, Directeur de recherche CNRS, IRISA, Rennes, France

Résumé :
La reconstruction de génomes à partir de données métagénomiques, aussi appelés MAG) représente une étape majeure dans l’étude des communautés microbiennes. La reconstruction de MAGs souffre néanmoins de limitations, telles que la nature fragmentée de ces MAGs, les difficultés inhérentes à la reconstruction du pangénome, ou la capture des variations entre souches d’une même espèce.
Dans cette thèse, le problème du binning a été appréhendé à travers un modèle de clustering suivant le paradigme de la logique déclarative, l’objectif étant de maximiser l’information sur les génomes présents grâce à l’exploration de l’ensemble des solutions de binning possible. Ce modèle de binning incluant métrique compositionnelle, mesure d’abondance et occurrence de gènes marqueurs a été implémenté en langage ASP. Nous nous sommes ensuite concentrés sur l’optimisation du processus d’assemblage, étape préliminaire clé de la classification de contigs, avec pour objectif d’encore améliorer la reconstruction de MAGs. Nous avons développé une approche automatique pour guider le processus de co-assemblage, couplant des distances métagénomiques avec une méthode d’optimisation du clustering. Cette approche a été intégrée dans un nouveau workflow de reconstruction de MAGs, MAGNETO, qui intègre également des stratégies assemblage-binning complémentaires.

La soutenance sera suivie d’un pot dans le hall du bâtiment 34, auquel vous êtes tou.te.s convié.e.s.

Abstract :

The reconstruction of individual genomes from metagenomic data, also called MAGs, has constituted a major milestone in the study of microbial communities. However, the recovery of MAGs still suffers several limitations, including the mosaic and population nature of these MAGs, the inherent difficulties to assemble pangenomes, and the recovery of strain-level variations for a given species.
In this thesis, a declarative programming framework was designed and used to resolve the genome binning problem through a constrained clustering approach, with the goal to explore several optimal binning solutions, informing us about the organization dynamics of naturally occurring genomes. A novel genome binning model integrating compositional and abundance information as well as constraints on single-copy core genes was designed and implemented using the ASP language. With the goal to further enhance the recovery of MAGs, we focused on optimizing the assembly process, a key genome binning pre-processing step. We developed an automated approach to guide the co-assembly process, combining metagenomic compositional distances with an optimal clustering method. These developments were implemented into a novel genome-resolved metagenomics workflow called MAGNETO, integrating complementary assembly-binning strategies.

The defence will be followed with a drink in the hall of building 34. You are all kindly invited.

Sophie LE BARS, doctorante au sein de l’équipe ComBi, soutiendra sa thèse intitulée :

« Modélisation hybride, logique et linéaire pour prédire in silico l’effet des perturbations sur le métabolisme » /  » Hybrid, logical and linear modeling to predict in silico the effect of perturbations on metabolism « 

Le mardi 9 décembre à 14h30 dans l’amphithéâtre du bâtiment 34 (LS2N) sur le site de la Faculté des Sciences et Techniques (FST).

Elle sera diffusée sur https://mediaserver.univ-nantes.fr/lives/ls2n/

La soutenance aura lieu en français avec le diaporama en anglais.

Jury :

• Directeur de thèse : Jérémie BOURDON, Professeur, Nantes Université, France
• Encadrante de thèse: Carito GUZIOLOWSKI, Maitresse de conférences, Centrale Nantes, France
• Rapporteurs :
  • Alexander BOCKMAYR, Professeur, Freie Universität Berlin, Allemagne
  • Hervé ISAMBERT, Directeur de Recherche CNRS, Institut Curie, Paris, France
• Membres du jury:
  • Anne SIEGEL, Directrice de Recherche CNRS, Irisa, Rennes, France
  • Maxime FOLSCHETTE, Maître de conférences, Centrale Lille, France

Résumé

« Les perturbations induites par une maladie, un traitement ou encore un stress environnemental affectent les organismes vivants de diverses manières. Ainsi, l’expression de certains gènes sera impactée, ce qui se répercutera sur ses produits (protéines, ARNm). Ces perturbations se propagent également via les interactions que peuvent avoir les gènes les uns avec les autres. L’ensemble de ces interactions forme le réseau de régulation, un objet important dans ces études. D’autre part, certaines protéines, appelées enzymes, ont un rôle de catalyseur des réactions biochimiques qui ont lieu au sein des organismes. L’ensemble des réactions biochimiques forme le réseau métabolique, un second objet important. Ainsi, une perturbation va impacter le réseau de régulation mais aussi le réseau métabolique puisqu’ils sont interconnectés, via les enzymes notamment.

L’objectif principal de ma thèse est d’étudier l’impact d’une perturbation sur un organisme en intégrant le réseau de régulation au réseau métabolique. J’ai apporté deux contributions dans ce sens. La première est une comparaison d’une approche logique à une approche bayésienne pour savoir quelle stratégie de modélisation est la plus adaptée pour étudier les impacts des perturbations sur de grands réseaux de régulations. J’en ai déduit que bien qu’elle soit une bonne candidate, l’approche logique présente des limites de par ses prédictions qualitatives en matière d’intégration. La seconde contribution découle de ces limites, j’ai développé une méthode originale basée sur l’Answer Set Programming, MajS, proposant une prédiction plus fine de l’effet d’une perturbation sur le réseau de régulation. Ce travail ouvre la porte à de nombreuses perspectives comme une meilleure intégration des effets des perturbations au niveau du réseau métabolique et une application à d’autres organismes d’étude. »

Un pot aura lieu à la suite de la soutenance dans le hall du bâtiment 34, vous y êtes tous conviés.

Summary

 » Perturbations induced by disease, treatment or environmental stress affect living organisms in various ways. Thus, the expression of certain genes will be impacted, affecting its products (proteins, mRNA). These perturbations are also propagated via the interactions that genes can have. These interactions form the regulatory network, an essential object in these studies. On the other hand, specific proteins, called enzymes, act as catalysts for the biochemical reactions occurring within organisms. All the biochemical reactions form the metabolic network, a second important object. Thus, a perturbation will impact the regulatory and metabolic networks since they are interconnected, via enzymes in particular.

My thesis’s main objective is to study a perturbation’s impact on an organism by integrating the regulatory network into the metabolic network. I have made two contributions in this direction. The first compares a logical approach to a Bayesian approach to determine which modelling strategy is the most suitable for studying the impacts of perturbations on large regulatory networks. Although it is a good candidate, I deduced that the logical approach has limitations with its qualitative predictions regarding integration. The second contribution stems from these limits; I have developed an original method based on Answer Set Programming, MajS, offering a more refined prediction of the effect of a perturbation on the regulation network. This work opens the door to many perspectives, such as better integration of the effects of perturbations at the metabolic network level and an application to other organisms of study »

A drink will take place after the defense in the hall of building 34, you are all invited.