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Master Informatique # Parcours type : Computational and mathematical biology (CMB)

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OBJECTIFS

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CMB est un parcours orienté vers l'analyse et la modélisation des systèmes biologiques complexes, et ouvert à l'international à travers la graduate school du Centre Turing des systèmes vivants (CENTURI).

Ce parcours est commun aux Masters d’informatique, de mathématiques et de biologie, et vise à réunir des étudiants d'horizons divers à fort potentiel et à profiter des synergies interdisciplinaires afin de les former à ce domaine scientifique de pointe en plein essor.

CMB propose ainsi une formation par et pour la recherche, avec de forts débouchés en thèse de doctorat, mais également dans les nombreuses entreprises du domaine ayant une politique marquée vers la R&D.

Au sein du Master Informatique, la formation mettra l'accent sur l'informatique théorique, afin que les étudiants en maîtrisent des concepts poussés essentiels à la modélisation de phénomènes naturels (modèles de calcul, complexité, systèmes dynamiques), en veillant à développer leurs compétences en mathématiques et en biologie.

FORMATION ET RECHERCHE

La formation s’appuie sur les activités et les compétences des laboratoires de recherche membres du centre Turing des systèmes vivants (CENTURI).

PRÉ-REQUIS RECOMMANDÉS

Comme ce Master est destiné aux étudiants s’orientant vers la recherche, une licence d’Informatique avec Mention est requise.

SITE WEB LA FORMATION

Site WEB de la formation

PLAQUETTE DE LA FORMATION

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COMPÉTENCES VISÉES

  • Connaître et comprendre les propriétés fondamentales des modèles de calcul utiles à l’analyse des systèmes complexes.
  • S'approprier les concepts de biologie nécessaires à la modélisation des systèmes vivants.
  • Utiliser et maîtriser les méthodes et outils informatiques et mathématiques pour élaborer et analyser des modèles de systèmes biologiques.
  • Choisir et mettre en œuvre la méthodologie adaptée à la modélisation d’un problème/système biologique donné.
  • Évaluer la faisabilité et l'efficacité d'une méthodologie ou d’un traitement informatique pour l'analyse d'un système complexe.
  • Collaborer à une action/activité de recherche au sein d’une équipe interdisciplinaire.

STAGES ET PROJETS ENCADRÉS

Au travers de projets de groupes et de stages en laboratoire, les étudiants seront amenés à mettre en oeuvre des approches interdisciplinaires, et à interagir directement avec les chercheurs des instituts membres du Centre Turing des Systèmes Vivants (CENTURI).

PLAQUETTE DE LA FORMATION

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MODALITÉS PÉDAGOGIQUES PARTICULIÈRES

Le Master Computational and Mathematical Biology est enseigné en anglais. Il combine des cours théoriques et pratiques de mathématiques, informatique et biologie, et propose une formation interdisciplinaire orientée vers la modélisation des systèmes biologiques complexes.

Master 1 CMB mention Informatique (60 crédits)

Semestre 1 CMB mention Informatique (30 crédits)

Fundamentals in biology 1 (3 crédits)

CONTENU

Cette unité est la première partie de l'enseigement Fundamentals of biology. Dans cette partie, on donnera une présentation des théories évolutionnistes à la base de la biologie moderne (de Lamarck à Darwin) et une synthèse des découvertes qui ont conduit aux concepts actuels de la biologie moléculaire et cellulaire : le rôle des macromolécules dans la fonction cellulaire (transfert d'information entre ADN, ARN, protéines, régulation, etc.), hérédité et adaptation cellulaire.

Voici quelques sujets qui seront abordés :e

  • Information, évolution des causes pour les organismes vivants
  • Information cellulaire
  • Epigénétique - phénomènes, informations, adaptation, mécanismes

Plaquette de l'enseignement.

VOLUME DES ENSEIGNEMENTS

  • Cours magistraux : 18 heures

UE professionnalisante 1 : Professional perspectives for biological systems modelling (3 crédits)

CONTENU

L'unité d'enseignement consiste en une présentation des métiers porteurs de la modélisation biologique. Elle s'effectuera selon deux modalités. Premièrement quelques séminaires seront proposés avec des intervenants extérieurs à Aix-Marseille Université du domaine académique et industriel. Deuxièmement les étudiants bénéficieront d'une immersion dans des laboratoires Centuri où ils découvriront des thématiques de recherche pluri-disciplinaires. Pour conclure cette unité il sera demandé aux étudiants de présenter une problématique spécifique en lien avec le traitement des données et la modélisation. L'aspect scientifique devra également s'intégrer à une réflexion sur les enjeux professionnels sous-jacents, qu'ils relèvent du domaine académique ou du secteur privé.

Plaquette de l'enseignement.

VOLUME DES ENSEIGNEMENTS

  • Travaux dirigés : 18 heures

Génie logiciel (6 crédits)

CONTENU

1) Versioning

  • Git : Branches, Dépôts Lointains, Dépôts Lointains multiples avec branches, Workflows.

2) Building

  • Gradle : Automatisation de compilation, de tests, de dépendances, langage de tâches interdépendantes.

3) Méthodes

  • Les acteurs du logiciel.
  • Cycles en V. Motivation et détail de chacune des phases. Forces et Faiblesses.
  • Méthodes agiles. Motivations. Notamment XP et Scrum. Détail de chacune des réunions et instruments. Forces et Faiblesses.
  • GL Libre : the cathedral and the bazaar

4) Documentation

  • Du GL : Cahier des charges, Spécifications, Conception, ...
  • Du code : Javadoc, Commentaires, Wikis, Issues trackers

5) UML

  • Motivations. Tous les principaux diagrammes (classe, object, séquence, com, package, états-transitions,...). 2 TD

6) Tests

  • Types de Test (Blanche/Noire, Intégration (continue), Correction/Validation,...), Couverture (Exos sur les différents critères), Quand les faire (TDD...)
  • Découverte du debugger eclipse
  • Concepts d'invariants, d'assertions, d'analyse statique

7) Estimation

  • Rapports PrixDev vs TempsDev vs LignesCode
  • % observés de failed projects, causes observées
  • % observés de bugs

8) Veille technologique sur l'actualité du GL

Plaquette de l'enseignement.

VOLUME DES ENSEIGNEMENTS

  • Cours magistraux : 18 heures
  • Travaux dirigés : 18 heures
  • Travaux pratiques : 18 heures

Discrete modelling of dynamical biological systems 1 (3 crédits)

CONTENU

This course is an introduction to the basics of finite dynamic systems and PLC networks (definitions of local functions, global function/relationship, automata, interaction graph, transition graph) as well as the main static and dynamic properties. A part of the lecture will also focus on the parallel update mode.

The lectures should provide students the skills to implement modelling approaches (differential, logical, stochastic or deterministic equations) to develop mathematical models of a biological system, analyze mathematical models and biological data to understand complex systems, evaluate the adequacy between a biological question, available data, and mathematical formalisms and interpret and validate a study.

Plaquette de l'enseignement.

VOLUME DES ENSEIGNEMENTS

  • Cours magistraux : 6 heures
  • Travaux dirigés : 6 heures
  • Travaux pratiques : 6 heures

Computational Biology (3 crédits)

CONTENU

Computational biology will introduce the biological concepts necessary to model complex systems, implement modelling approaches (differential, logical, stochastic or deterministic equations) to develop mathematical models of a biological system, analyze mathematical models and biological data to understand complex systems and assess the adequacy between a biological question.

The course is divided in 2 sections :

  • computational neuroscience : dynamic models of neuron function : dynamic behavioural simulation, biological aspects, computer complexity, analytical aspects
  • bioinformatics : alignment, molecular phylogeny, prediction and modelling of structural aspects of proteins, cis-regulation

Plaquette de l'enseignement.

VOLUME DES ENSEIGNEMENTS

  • Cours magistraux : 14 heures
  • Travaux pratiques : 16 heures

Complexity and computability (6 crédits)

CONTENU

When we define neatly and consider the set of « algorithms » (Turing machines) and the set of « things an algorithm may compute » (functions), we can notice, thanks to an argument from the 19th century (Cantor's diagonal), that there are strictly more « things to compute » than « algorithms to compute them ». Then what are these things a computer cannot compute ?

This course will teach the basics of computational complexity and answer to the following questions : within the set of computable things, how to define the hardness of a « thing to compute » (aka problem) ? When defined neatly (again some maths), these questions raise fundamental open problems of our century, such as the famous 1,000,000 usd question mark : does P equal NP ?

You will also be given the tools to say : « this problem is reasonably solvable on a computer » (in P) or « this one is not » (NP-hard).

Plaquette de l'enseignement.

VOLUME DES ENSEIGNEMENTS

  • Cours magistraux : 12 heures
  • Travaux dirigés : 12 heures
  • Travaux pratiques : 12 heures

Mathematics for modelling (6 crédits)

Probabilities and statistics for modelling 1

CONTENU

Révision express des concepts fondamentaux de probabilités et statistique, en s’appuyant exclusivement sur des exemples tirés de la biologie, en particulier l’analyse des génomes et des systèmes complexes. Les exemples seront articulés avec les matières vues dans les autres cours.

  1. Analyse combinatoire
  2. Concepts de probabilités
  3. Lois discrètes (Bernoulli, géométrique, hypergéométrique, binomiale, Poisson)
  4. Description sommaire des lois continues de base (normale, Student)
  5. Estimation et échantillonnage
  6. Tests d’hypothèse

Applications biologiques

  • Probabilités de motifs dans les séquences
  • Détection de gènes différentiellement exprimés

Plaquette de l'enseignement.

VOLUME DES ENSEIGNEMENTS

  • Cours magistraux : 6 heures
  • Travaux dirigés : 6 heures
  • Travaux pratiques : 6 heures

Continuous dynamical systems and modelling : examples

CONTENU

Exemples de systèmes dynamiques continus en biologie. Introduction à leur étude qualitative.

  • Exemples d’équations différentielles linéaires et non linéaires utilisées en biologie (Equation de Malthus, équation logistique, systèmes proie-prédateur, extensions aux systèmes multi-espèces (exemple en bactériologie), système en épidémiologie (modèle SIR)
  • Trajectoires (définition, visualisation, interprétation)
  • Approximation par le schéma d’Euler
  • Etats d’équilibre et leur stabilité
  • Visualisation du comportement asymptotique des systèmes 2D

Les travaux pratiques (TP) seront effectués en Python.

Plaquette de l'enseignement.

VOLUME DES ENSEIGNEMENTS

  • Cours magistraux : 6 heures
  • Travaux dirigés : 6 heures
  • Travaux pratiques : 6 heures

Semestre 2 CMB mention Informatique (30 crédits)

Analysis of Omics Data (6 crédits)

Bioinformatics Analysis of Omics Data

Contenu non disponible.

VOLUME DES ENSEIGNEMENTS

  • Travaux dirigés : 15 heures
  • Travaux pratiques : 15 heures

Statistical Analysis of Omics Data

Contenu non disponible.

VOLUME DES ENSEIGNEMENTS

  • Cours magistraux : 10 heures
  • Travaux pratiques : 20 heures

Fundamentals of biology 2 (4 crédits)

CONTENU

Ce cours fait suite au cours Fundamentals of biology 1. On montrera comment ces mécanismes moléculaires sous-tendent le développement et le fonctionnement des tissus et des organismes. Il sera structuré autour de quatre domaines :

  • la transmission intergénérationnelle des traits ;
  • développement de l'organisme ;
  • système immunitaire ;
  • système nerveux.

Vous trouverez ci-dessous des exemples de sujets abordés :

  • Information et organisation :
  • transmission intergénérationnelle (cellules, organismes, Information, évolution des causes pour les organismes vivants)
  • Développement des organismes
  • Information et organisation du système immunitaire

Information et organisation du système nerveux

Plaquette de l'enseignement.

VOLUME DES ENSEIGNEMENTS

  • Cours magistraux : 12 heures
  • Travaux dirigés : 12 heures

Discrete mathematics (6 crédits)

Discrete modelling of dynamical biological systems 2

CONTENU

This specialization course on discrete modelling deals with the following :

  • Details on non-parallel update modes (both determinists - periodic or not and non-deterministic - asynchronous or elementary)
  • Presentation of « classical » models, methods and results (theorems of stability, instability and any other results that appears relevant).

Plaquette de l'enseignement.

VOLUME DES ENSEIGNEMENTS

  • Cours magistraux : 9 heures
  • Travaux dirigés : 9 heures

Graph theory and algorithms 2

CONTENU

This specialization course helps the student to deepen his knowledge on problems on graphs and their solutions :

  • Counting and enumeration : number of covering trees, number of couplings of a planar graph
  • Flow algorithms
  • Problems of connection, coupling, assignment, transport

Plaquette de l'enseignement.

VOLUME DES ENSEIGNEMENTS

  • Cours magistraux : 9 heures
  • Travaux dirigés : 9 heures

Statistical and computational tools for biological modelling (6 crédits)

Graph theory and algorithms 1

CONTENU

This introductory course focuses on graphs as mathematical objects and some of its uses to solve applications to biological networks. After intruducing different classes of graphs and their properties, the following points will be developped :

  • Planar graphs, graphs on a surface, Euler characteristic
  • Interval graphs, perfect graphs

Plaquette de l'enseignement.

VOLUME DES ENSEIGNEMENTS

  • Cours magistraux : 6 heures
  • Travaux dirigés : 6 heures
  • Travaux pratiques : 6 heures

Statistics for biology

CONTENU

Ce cours vise à fournir aux étudiants une approche pratique de l'analyse des données biologiques avec R, basée sur les concepts acquis dans le cours « Probabilités et statistiques pour la modélisation 1 ». Les fondements mathématiques associés seront développés dans le cours « Statistiques avancées ».

  1. Échantillonnage (moments,...)
  2. Estimation (estimateurs robustes, intervalles de confiance)
  3. Quelques distributions additionnelles
  4. Tests (comparaison moyenne, qualité de l’estimation, ...)

Plaquette de l'enseignement.

VOLUME DES ENSEIGNEMENTS

  • Cours magistraux : 6 heures
  • Travaux dirigés : 6 heures
  • Travaux pratiques : 6 heures

Research project and scientific communication (6 crédits)

CONTENU

A la suite de l’UE Professional perspectives for biological systems modelling , et de l'UE Fundamentals of biology 1, les étudiants choisiront un article scientifique à l’interface de plusieurs disciplines sur lequel ils travailleront en groupe. Ils devront dans un mémoire et une présentation orale, expliquer le contexte biologique et les concepts de base en rapport, expliquer les méthodes utilisées pour interpréter les données biologiques, synthétiser les résultats obtenus dans l’article.

Plaquette de l'enseignement.

UE professionnalisante 2 : CenTuri Seminars (2 crédits)

CONTENU

Les séminaires scientifiques constitue une bonne façon d’élargir ses connaissances scientifiques. Dans ce module, les étudiants doivent assister à une grande partie des séminaires Centuri du semestre. Ils sélectionneront deux séminaires parmi ceux auxquels ils ont participé et feront une synthèse écrite.

Plaquette de l'enseignement.

VOLUME DES ENSEIGNEMENTS

  • Cours magistraux : 12 heures

Master 2 CMB mention Informatique (60 crédits)

Semestre 3 CMB mention Informatique (30 crédits)

Biological interaction networks (3 crédits)

Contenu non disponible.

VOLUME DES ENSEIGNEMENTS

  • Cours magistraux : 10 heures
  • Travaux dirigés : 8 heures
  • Travaux pratiques : 12 heures

Discrete geometry and graphical models (3 crédits)

Contenu non disponible.

VOLUME DES ENSEIGNEMENTS

  • Cours magistraux : 6 heures
  • Travaux dirigés : 6 heures
  • Travaux pratiques : 6 heures

Distributed algorithms for biology (3 crédits)

Contenu non disponible.

VOLUME DES ENSEIGNEMENTS

  • Cours magistraux : 6 heures
  • Travaux dirigés : 6 heures
  • Travaux pratiques : 6 heures

Modèles de calcul, systèmes dynamiques et théorie algorithmique des nombres (6 crédits)

Contenu non disponible.

VOLUME DES ENSEIGNEMENTS

  • Cours magistraux : 34 heures
  • Travaux dirigés : 22 heures

Interdisciplinary project in modelling (6 crédits)

CONTENU

A la suite du cours Research project and scientific communication, les étudiants effectueront un stage court en laboratoire en petit groupe. Ils devront ensuite au cours duquel ils doivent répondre à un problème de modélisation ou de traitement de données à l’interface math-info-bio. On leur demandera de synthétiser leurs résultats dans un mémoire et une présentation orale.

Plaquette de l'enseignement.

UE professionnalisante 3 : CenTuri Seminars (3 crédits)

CONTENU

Suite qu module CenTuri Seminars 2, les étudiants vont suivre à nouveau le cycle de conférences de CenTuri durant ce semestre. Il leur sera demander de sélectionner deux d’entres eux et d’effectuer un travail bibliographique, un travail de synthèse écrit et oral autour de la thématique de chacun de ces deux séminaires.

Plaquette de l'enseignement.

VOLUME DES ENSEIGNEMENTS

  • Cours magistraux : 10 heures
  • Travaux dirigés : 10 heures
  • Travaux pratiques : 10 heures

Advanced biology (2 options among 3) (6 crédits)

Advanced Biology : Developmental Biology (3 crédits)

Contenu non disponible.

VOLUME DES ENSEIGNEMENTS

  • Cours magistraux : 6 heures
  • Travaux dirigés : 6 heures
  • Travaux pratiques : 6 heures

Advanced Biology : Immunology (3 crédits)

Contenu non disponible.

VOLUME DES ENSEIGNEMENTS

  • Cours magistraux : 6 heures
  • Travaux dirigés : 6 heures
  • Travaux pratiques : 6 heures

Advanced biology : Neurobiology (3 crédits)

Contenu non disponible.

VOLUME DES ENSEIGNEMENTS

  • Cours magistraux : 6 heures
  • Travaux dirigés : 6 heures
  • Travaux pratiques : 6 heures

Semestre 4 CMB Computational and Mathematical Biology (30 crédits)

Master thesis (30 crédits)

CONTENU

Stage de recherche en laboratoire ou en entreprise.

Plaquette de l'enseignement.

INFORMATIONS DIVERSES

Secrétariat pédagogique :

  • Sonia KERBACHE (sonia.kerbache@univ-amu.fr), tél. : 04 91 82 90 80, Aix-Marseille Université, Campus Luminy. Bâtiment TPR2 ET GRAND H. 163 av. de Luminy. case 901. 13009 Marseille.

MODALITÉS D'INSCRIPTION

RÉGIMES D'INSCRIPTION

Cette formation est accessible en

  • Formation initiale
  • Formation continue
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