Approches physiques de problématiques biologiques

La biologie cellulaire et la physique de la matière molle partagent des ordres de grandeur similaires avec deux différences importantes : les systèmes biologiques sont clairement hors équilibre et la spécificité moléculaire peut jouer un rôle important. Nous utilisons les outils standards de la physique de la matière molle pour fournir une description quantitative des systèmes cellulaires. En nous inspirant des systèmes vivants, nous soulevons des questions physiques nouvelles et stimulantes. Ce projet n'a de sens qu'avec de fortes interactions avec les biologistes.

Les cellules contiennent un grand nombre de composants, mais si nous nous concentrons sur leurs propriétés mécaniques, seuls certains de ces composants sont pertinents, par exemple les filaments du cytosquelette, les moteurs moléculaires, les membranes phospholipidiques et une grande classe de molécules d'adhésion comme les intégrines et les cadhérines. Nous étudions donc chacun de ces composants en gardant à l'esprit l'importance du comportement hors équilibre. Dans certains cas, cela nécessite l'introduction de concepts physiques nouveaux tels que ceux des membranes «actives» ou des gels «actifs».

Pour optimiser notre compréhension physique, nous effectuons systématiquement des comparaisons quantitatives entre les données théoriques et expérimentales obtenues en faisant varier des paramètres contrôlés. Par exemple, nous contribuons à la compréhension théorique de la formation et de la taille du nucléoïde chez les bactéries. Nous essayons également de comprendre ce qui fixe la forme des surfaces actives comme certains tissus.

Nous avons maintenant atteint une compréhension physique raisonnable des systèmes à un seul composant et étendons par conséquent notre analyse au comportement collectif de nombreux composants. Nous pouvons déjà décrire certains aspects du comportement cellulaire tels que les transformations morphologiques des membranes biologiques, la motilité cellulaire, la division cellulaire et la mécano-transduction. Une grande partie de nos travaux est désormais consacrée à l'effet des contraintes mécaniques sur la croissance des tissus. Nous avons par exemple montré l’existence d'une instabilité de forme d’agrégats cellulaires avec brisure de symétrie.