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La complexité avec laquelle un organisme biologique est structuré et comment il effectue diverses fonctions biologiques n’est pas encore précisément comprise. De nombreux processus métaboliques sont si complexes que leur mode de fonctionnement doit être étudié en utilisant des outils informatiques avant que l'essai expérimental ne puisse être conduit sur des cobayes. Le Prof. Hatzimanikatis et son équipe sont des spécialistes en matière de modélisation in silico des systèmes biologiques complexes. Des études et recherches dans les domaines de la biochimie, l'énergétique, la biophysique et biologie moléculaire forment la base de leurs analyses. Celles-ci sont converties en modèles mathématiques mécaniques qui peuvent être étudiés en utilisant divers méthodes computationnelles. Le but de ces études est de contribuer à l'avancement de la science fondamentale, ainsi que la biotechnologie pharmaceutique et industrielle.
Le Prof. Hatzimanikatis et son équipe travaillent sur le développement de méthodes pour la découverte de nouvelles biotransformations. Ils ont développé le cadre BNICE.ch (Biochemical Network Integrated Computational Explorer), capable degénérer chaque réaction biochimique à partir d'un ensemble donné de règles propres aux réactions enzymatiques, de composés de départ ou cibles. En se fondant sur des études expérimentales et l'analyse bioinformatique, le groupe Hatzimanikatis a développé une méthode qui traduit la chimie dans des règles de réaction généralisées et les met ensuite dans un format que l'ordinateur peut alors utiliser pour générer automatiquement des réseaux de réaction. Les voies générées par BNICE.ch peuvent encore être évaluées à l'aide de méthodes établies d'analyse de voie, ainsi que de nouvelles méthodes développées par l'équipe de la Hatzimanikatis ; celles-ci permettent de se pencher sur les effets globaux de ces nouvelles voies sur les performances du réseau métabolique dans des organismes hôtes. Hatzimanikatis est également un leader dans l'analyse de la bioénergétique et son équipe s’est faite championne du développement de méthodes pour les réseaux métaboliques thermodynamiques – largement utilisés dans l'évaluation de voies nouvelles et existants – et dans le domaine plus large de l'ingénierie métabolique. Deux des exemples de l'application de BNICE.ch concernent la découverte de nouvelles voies métaboliques de l'acide 3-hydroxypropionique (3HP) et l'étude du métabolisme des lipides dans la levure et chez les humains. 3HP est un produit chimique industriel important actuellement produit par les combustibles fossiles. Les découvertes mises à jour par BNICE.ch, qui sont actuellement à l'étude expérimentale, offrent la possibilité de produire du 3HP d'une manière durable à partir de ressources renouvelables, comme les sucres et les déchets agricoles. Dans une étude portant sur le métabolisme des lipides,BNICE.ch est utilisé pour postuler des réactions enzymatiques qui pourraient combler nos lacunes concernant la façon dont les lipides sont synthétisés et comment leur synthèse est régulée. Ces nouvelles connaissances permettront de poursuivre les efforts visant à développer des interventions thérapeutiques pour les maladies liées au métabolisme des lipides.
Dans un autre domaine de recherche, l'équipe développe un cadre pour la construction de modèles de réseaux métaboliques cinétiques. Les modèles cinétiques peuvent être utilisés pour simuler sur un ordinateur comment les changements dans les propriétés métaboliques, via le génie génétique ou des mutations, impactent la performance du métabolisme. Ainsi, de la même manière que les ingénieurs utilisent des simulations informatiques pour concevoir des moteurs à haut rendement et des voiliers de course, Hatzimanikatis et son équipe se servent de simulations de modèles cinétiques pour concevoir des organismes qui sont plus efficaces métaboliquement et pour identifier les cibles pour le traitement des maladies métaboliques. Cependant, le défi dans l'élaboration de ces modèles cinétiques réside dans le degré élevé d'incertitude en raison de l'absence d'informations relatives aux détails dans la cellule. ORACLE (Optimization and Risk Analysis of Complex Leaving Entities) est l'une des méthodes développées par l'équipe de M. Hatzimanikatis et elle l’a utilisée pour simuler le métabolisme et concevoir des interventions génétiques qui peuvent améliorer la performance des processus métaboliques. ORACLE intègre toute l'information disponible, tient compte de l’absence de toute incertitude dans ces informations et fait des prévisions, de la même manière que les météorologues et les climatologues prédisent des conditions météorologiques. Cette approche très puissante peut aider à la conception de l'ingénierie métabolique et identifier des cibles médicamenteuses.
Les méthodes développées dans le laboratoire Hatzimanikatis sont employées dans de nombreux projets collaboratifs universitaires, en particulier dans SystemsX.ch, l'initiative suisse pour la biologie des systèmes, et dans les départements R&D secteurs de l’énergie, de la santé et de l'industrie alimentaire à l’échelle internationale. Ces projets étudient les maladies infectieuses, le métabolisme humain, le métabolisme des aliments dans l'intestin humain ainsi que la production de combustibles et de produits chimiques en partant de micro-organismes qui utilisent les ressources renouvelables.
Le Prof. Hatzimanikatis a obtenu un diplôme en génie chimique de l'Université de Patras en Grèce en 1991. Il a déménagé aux Etats-Unis pour sa thèse de doctorat qu’il a conduite à l'Institut de Technologie de Californie en 1996. Au cours de cette période et jusqu'en 1997, il a travaillé à l'EPF Zurich pendant 5 ans. Avant d'être nommé professeur adjoint à l'EPFL, le professeur Hatzimanikatis a été professeur adjoint à l'Université Northwestern à Evanston, dans l’Illinois. En dehors de ses fonctions universitaires, il a également travaillé pour DuPont et Cargill où il a développé des biocatalyseurs optimisés pour la production de produits chimiques industriels.