Laboratoire Matière et Systèmes Complexes

Thèse de Jean-Baptiste Lugagne effectuée sous la direction de Pascal Hersen et Grégory Batt.

Soutenance le mardi 13 décembre 2016 à 14h30.

Lieu : bâtiment Condorcet, Salle 454A (4e étage). La soutenance sera suivie d’un pot au 6e étage.

Real-time control of a genetic toggle switch in Escherichia coli

Résumé :

Le projet principal de ma thèse a été le contrôle en temps réel de l’état d’un toggle switch génétique chez Escherichia Coli, en utilisant une plateforme combinant microfluidique, microscopie et informatique. La principale contribution de mon travail est, outre la cŕeation d’une plateforme pour le contrôle en cellule unique chez la bactérie, le contrôle d’un circuit génétique multi-stable comme le toggle switch génétique. Dans une analogie avec le problème du pendule inversé en théorie du contrôle, nous avons stabilisé notre système génétique dans sa zone d’instabilité. Après avoir réussi à contrôler une seule cellule, nous avons réussi à maintenir plusieurs cellules en même temps dans leurs zones instables. Pour finir, en analysant la dynamique de nos circuits de toggle switch nous avons identifié un régime de stimulations périodiques en boucle ouverte qui permet de stabiliser le système en dehors de ses bassins d’attraction, dans la zone instable.

Abstract : The main project of my PhD was real-time control of the state of a genetic toggle switch in Escherichia coli. I developed and used a platform for single-cell external gene control in bacteria combining microfluidics, microscopy and informatics. The core contribution is the multiple-input multiple-output control of a multistable gene regulatory network : in an analogy with the benchmark control problem of the inverted pendulum, we successfully stabilized the system in its unstable area. After stabilizing single cells harboring the genetic toggle switch, we also stabilized populations of cells in their unstable areas. Finally, after numerical analysis of the dynamics of the toggle switch constructs in the cells, we identified a range of open-loop dynamic stimulations that force the toggle switch cells out of their basins of attraction and maintains them in the unstable area.