Formation en biologie moléculaire et cellulaire à l'École polytechnique

La biologie à l’X : un enseignement novateur

Dossier : BiotechnologiesMagazine N°726 Juin/Juillet 2017
Par Yves MECHULAM (80)

La bio­lo­gie se situe au car­re­four des sciences. Les pro­blèmes qu’elle doit résoudre néces­sitent les outils les plus per­for­mants de chaque dis­ci­pline. La plu­ri­dis­ci­pli­na­ri­té qui carac­té­rise l’École per­met un ensei­gne­ment nova­teur de la bio­lo­gie aux inter­faces avec l’informatique, la méca­nique, la phy­sique, la chi­mie ou les mathé­ma­tiques appliquées. 

La bio­lo­gie, tout au moins ain­si dési­gnée, a été fon­dée aux XVIIIe et XIXe siècles par d’illustres natu­ra­listes qui ont obser­vé la bio­di­ver­si­té et en ont déduit les lois fon­da­men­tales qui régissent le vivant. 

“ Une première révolution : celle de la biologie moléculaire ”

Lin­né, Lamarck, puis Dar­win, Pas­teur, Men­del, ont joué un rôle clé dans l’établissement de la théo­rie de l’évolution qui fonde notre com­pré­hen­sion du vivant. 

L’intégration de ces tra­vaux a abou­ti à une intense acti­vi­té autour de la chi­mie du vivant, avec en par­ti­cu­lier la démons­tra­tion en 1944 par Ave­ry que l’ADN consti­tue le sup­port de l’information génétique. 

C’est l’association de bio­lo­gistes, comme James Wat­son, de chi­mistes et de phy­si­ciens, comme Rosa­lind Frank­lin et Fran­cis Crick, qui a per­mis de com­prendre en 1953 les bases du fonc­tion­ne­ment de cette macromolécule. 

L’élucidation de la struc­ture de l’ADN a entraî­né une pre­mière révo­lu­tion : celle de la bio­lo­gie moléculaire. 

REPÈRES

L’X a été la première école d’ingénieurs généraliste française à introduire la biologie dans le cursus de ses élèves. Le département de biologie offre aux futurs ingénieurs et docteurs une culture solide en biologie afin de les sensibiliser aux enjeux sociétaux qui touchent à cette discipline tels que la santé, l’éthique ou la bio-ingénierie.
Il comporte deux laboratoires de recherche : le laboratoire de biochimie et le laboratoire d’optique et biosciences. Le département est fort de 46 enseignants et chercheurs dont 33 résidents à l’X. 250 élèves de chaque promotion suivent au moins un cours de biologie, et une trentaine se spécialise dans la discipline.

LA RÉVOLUTION GÉNOMIQUE

La deuxième révo­lu­tion, celle de la géno­mique, a com­men­cé au milieu des années 1990. Elle a été mar­quée par le séquen­çage du génome humain, un code de plus de 3 mil­liards de lettres. 

“ L’analyse des gros volumes de données générés par la biologie est un enjeu majeur ”

Ce suc­cès a néces­si­té des déve­lop­pe­ments tech­no­lo­giques consi­dé­rables dans les domaines de la phy­sique, de l’électronique, de l’informatique, de la chi­mie et de la biologie. 

Les consé­quences sont consi­dé­rables, tant pour notre com­pré­hen­sion du vivant que pour les appli­ca­tions. Nous pou­vons main­te­nant abor­der la com­plexi­té du vivant non plus uni­que­ment de manière ana­ly­tique mais de manière glo­bale à l’échelle des dizaines de mil­liers de macro­mo­lé­cules qui inter­agissent entre elles pour faire fonc­tion­ner une cel­lule, un tis­su, un orga­nisme entier. 

La voie est ouverte vers une véri­table méde­cine personnalisée. 

UNE NOUVELLE RÉVOLUTION : LA CONVERGENCE

L’enjeu est main­te­nant une com­pré­hen­sion de plus en plus fine des phé­no­mènes bio­lo­giques à toutes les échelles, de celle des atomes à celle des orga­nismes, et même celle des éco­sys­tèmes. Les pro­grès de l’optique per­mettent d’obtenir des images de plus en plus détaillées des cel­lules, de leur dyna­mique et des struc­tures sub­cel­lu­laires qui orchestrent leur fonctionnement. 


L’X pro­pose à ses élèves de deuxième année une for­ma­tion solide en bio­lo­gie molé­cu­laire et cellulaire.
© ÉCOLE POLYTECHNIQUE – JÉRÉMY BARANDE

L’analyse des gros volumes de don­nées géné­rés par la bio­lo­gie est un enjeu majeur. Les modèles mathé­ma­tiques néces­saires pour rendre compte de ce fonc­tion­ne­ment pro­gressent à grands pas. 

De tels modèles seront indis­pen­sables pour connec­ter les dys­fonc­tion­ne­ments des sys­tèmes aux patho­lo­gies afin d’identifier de nou­velles cibles thé­ra­peu­tiques. Les réflexions éthiques autour de ces pos­si­bi­li­tés d’action doivent res­ter au cœur de nos préoccupations. 

De plus, le coût de plus en plus éle­vé de ces nou­velles thé­ra­pies implique de consi­dé­rer avec soin les ques­tions éco­no­miques. Les sciences de l’homme et de la socié­té ont donc un rôle impor­tant à jouer. 

On le voit, la bio­lo­gie se situe au car­re­four des sciences. Les pro­blèmes qu’elle doit résoudre néces­sitent des approches conver­gentes, dans les­quelles les outils les plus per­for­mants de chaque dis­ci­pline doivent être intégrés. 

Ce n’est qu’ainsi que la recherche cog­ni­tive pour­ra pro­gres­ser et que les défis bio­tech­no­lo­giques pour­ront être rele­vés. La troi­sième révo­lu­tion de la bio­lo­gie a com­men­cé, c’est celle de la convergence. 

LA BIOLOGIE À L’X

Le carac­tère plu­ri­dis­ci­pli­naire de la bio­lo­gie en fait une science qui a toute sa place à l’X. L’ingénieur poly­tech­ni­cien, futur cadre diri­geant, se doit de pos­sé­der les bases scien­ti­fiques lui per­met­tant de se for­ger une opi­nion éclai­rée à pro­pos de l’annonce d’une décou­verte ou d’une nou­velle tech­no­lo­gie de la biologie. 

“ La capacité à aborder ces questions de façon pluridisciplinaire est un atout considérable ”

D’autre part, de plus en plus de métiers néces­sitent une com­pé­tence en bio­lo­gie, que ce soit dans la recherche, l’industrie ou les ser­vices. La capa­ci­té à abor­der ces ques­tions de façon plu­ri­dis­ci­pli­naire est un atout consi­dé­rable. Les sec­teurs sont très nom­breux : médi­ca­ment, sécu­ri­té sani­taire, tech­no­lo­gies médi­cales, éco­no­mie de la san­té, pro­tec­tion de la bio­di­ver­si­té et de l’environnement, sécu­ri­té agroa­li­men­taire, phy­to­sa­ni­taire, éner­gies, trans­for­ma­tion des matières pre­mières, éva­lua­tion des risques. 

Dans ce contexte, l’X pro­pose à ses élèves de deuxième année une for­ma­tion solide en bio­lo­gie molé­cu­laire et cel­lu­laire, qui s’ouvre vers un cours trai­tant des patho­lo­gies humaines. 

La bio­lo­gie des popu­la­tions, expli­ci­tant les fon­de­ments et les enjeux de la bio­di­ver­si­té, est éga­le­ment ensei­gnée. Le dis­po­si­tif est com­plé­té par un ensei­gne­ment expé­ri­men­tal tour­né vers des pro­blé­ma­tiques de recherche. 

Plus de la moi­tié de chaque pro­mo­tion suit au moins l’un de ces cours. En troi­sième année, les élèves peuvent se spé­cia­li­ser dans les métiers liés à bio­lo­gie à tra­vers un pro­gramme d’approfondissement tour­né soit vers les consé­quences de la géno­mique, soit vers les inter­faces de la bio­lo­gie avec les autres sciences. Des par­cours tour­nés vers l’entrepreneuriat sont éga­le­ment possibles. 

L’X forme ain­si une tren­taine de bio­lo­gistes par an. Les débou­chés en qua­trième année sont mul­tiples, mas­ters en France ou à l’étranger, ou encore écoles d’ingénieurs (Mines-bio­tech­no­lo­gies, Agro ParisTech). 

programme gradué original tourné vers le bioentrepreneuriat et l’innovation biomédicale,
L’X par­ti­cipe avec HEC, l’Institut Ima­gine et l’Université Paris-Des­cartes à un pro­gramme gra­dué ori­gi­nal tour­né vers le bioen­tre­pre­neu­riat et l’innovation bio­mé­di­cale, qui asso­cie des étu­diants méde­cins avec des ingé­nieurs et des spé­cia­listes de l’économie et de la régle­men­ta­tion. © ÉCOLE POLYTECHNIQUE – JÉRÉMY BARANDE

LE SÉQUENÇAGE À LA PORTÉE DE TOUS

Le coût du premier séquençage a été estimé à 3 milliards de dollars. À partir de 2005, les progrès des nanotechnologies, de l’électronique, de l’informatique, de l’optique et de l’ingénierie des protéines ont permis une parallélisation massive du séquençage. Séquencer un génome humain ne coûte plus aujourd’hui qu’environ 500 euros !

UNE MATIÈRE PAR ESSENCE PLURIDISCIPLINAIRE

Tous les parcours proposent des cours au cœur de la biologie et de l’écologie, mais aussi aux interfaces avec l’informatique, la mécanique, la physique, la chimie ou les mathématiques appliquées.
Le thème de l’environnement est ainsi plus particulièrement traité dans un programme pluridisciplinaire : « Sciences pour les défis de l’environnement ».

DES PROGRAMMES PARTAGÉS AVEC D’AUTRES INSTITUTIONS

L’X par­ti­cipe à plu­sieurs mas­ters de l’Université Paris-Saclay, dont Bio­lo­gie-San­té, Bio­in­for­ma­tique et Bio­sta­tis­tiques, Bio­mé­ca­nique, Mathé­ma­tiques du vivant. L’enjeu pour l’École est main­te­nant de pro­fi­ter de sa plu­ri­dis­ci­pli­na­ri­té pour construire de nou­velles formations. 

Des cours de bio­lo­gie sont ain­si pro­po­sés dans le pro­gramme bache­lor. L’X par­ti­cipe avec HEC, l’Institut Ima­gine et l’Université Paris-Des­cartes à un pro­gramme gra­dué ori­gi­nal tour­né vers le bioen­tre­pre­neu­riat et l’innovation bio­mé­di­cale, qui asso­cie des étu­diants méde­cins avec des ingé­nieurs et des spé­cia­listes de l’économie et de la réglementation. 

Une voie de déve­lop­pe­ment pour l’X consiste main­te­nant à uti­li­ser ses savoir-faire plu­ri­dis­ci­pli­naires pour créer des for­ma­tions pro­fes­sion­na­li­santes ori­gi­nales au ser­vice de l’innovation, du déve­lop­pe­ment et de l’ingénierie en rap­port avec les pers­pec­tives ouvertes par la biologie.

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