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Biologie Computationnelle et des systèmes
Le domaine de la biologie computationnelle et des systèmes représente une synthèse d’idées et d’approches issues des sciences de la vie, des sciences physiques, de l’informatique et de l’ingénierie. Les progrès récents en biologie, y compris le projet sur le génome humain et les approches massivement parallèles pour sonder des échantillons biologiques, ont créé de nouvelles opportunités pour comprendre les problèmes biologiques du point de vue des systèmes. La modélisation et la conception de systèmes sont bien établies dans les disciplines d’ingénierie, mais sont plus récentes en biologie. Les progrès de la biologie informatique et des systèmes nécessitent des équipes multidisciplinaires compétentes dans l’application de principes et d’outils issus de l’ingénierie et de l’informatique pour résoudre des problèmes de biologie et de médecine. Pour dispenser une formation dans ce domaine émergent, le programme Computational and Systems Biology (CSB) intègre les disciplines de renommée mondiale du MIT en biologie, en ingénierie, en mathématiques et en informatique. Les diplômés du programme sont spécialement préparés à faire de nouvelles découvertes, à développer de nouvelles méthodes et à établir de nouveaux paradigmes. Ils sont également bien placés pour assumer des rôles de leadership critiques dans le milieu universitaire et dans l’industrie, où ce domaine prend de plus en plus d’importance.
CSB au MIT
La biologie computationnelle et systémique, telle que pratiquée au MIT, est organisée autour des “3 Ds” de la description, de la distillation et de la conception. Dans de nombreux programmes de recherche, la collecte systématique de données est utilisée pour créer des descriptions détaillées au niveau moléculaire ou cellulaire d’un système dans un ou plusieurs états définis. Compte tenu de la complexité des systèmes biologiques et du nombre de composants et de paramètres en interaction, la modélisation des systèmes est souvent réalisée dans le but de distiller les sous-systèmes, composants et paramètres essentiels ou les plus importants, et d’obtenir des modèles simplifiés qui conservent la capacité de prédire avec précision le comportement du système dans un large éventail de conditions. La distillation du système peut augmenter l’interprétabilité des modèles par rapport aux principes évolutifs et d’ingénierie tels que la robustesse, la modularité et l’évolutivité. Les modèles résultants peuvent également servir à faciliter la conception rationnelle des perturbations pour tester la compréhension du système ou pour modifier le comportement du système (par exemple, pour une intervention thérapeutique), ainsi que les efforts pour concevoir des systèmes connexes ou des systèmes composés de composants biologiques similaires.
Professeurs et chercheurs du CSB
Plus de 70 membres du corps professoral de l’Institut participent à la Computational and Systems Biology Initiative (CSBi) du MIT. Ces chercheurs couvrent presque tous les départements de l’École des sciences et de l’École d’ingénierie, offrant aux étudiants de CSB la possibilité de poursuivre des recherches de thèse dans une grande variété de laboratoires différents. Il est également possible pour les étudiants d’organiser des projets de thèse collaboratifs avec une supervision conjointe par des membres du corps professoral ayant différents domaines d’expertise. Les domaines de recherche actifs comprennent la biologie computationnelle et la bioinformatique, les réseaux de gènes et de protéines, la génomique régulatrice, la biophysique moléculaire, le génie de l’instrumentation, le génie cellulaire et tissulaire, la toxicologie prédictive et le génie métabolique, l’imagerie et l’informatique d’image, la nanobiologie et les microsystèmes, la conception biologique et la biologie synthétique, la biologie des neurosystèmes et la biologie du cancer.
Le Programme de doctorat CSB
Le programme de doctorat CSB est un programme à l’échelle de l’Institut qui a été développé conjointement par les Départements de Biologie, de Génie Biologique, de Génie électrique et d’Informatique. Le programme intègre la biologie, l’ingénierie et le calcul pour résoudre des problèmes complexes dans les systèmes biologiques, et les doctorants du CSB ont la possibilité de travailler avec des professeurs du CSBi de tout l’Institut. Le programme met fortement l’accent sur le matériel de base pour encourager les étudiants à devenir des créateurs d’outils et de technologies futurs, plutôt que de simples praticiens des approches actuelles. Les candidats doivent avoir un diplôme de premier cycle en biologie (ou dans un domaine connexe), en bioinformatique, en chimie, en informatique, en mathématiques, en statistique, en physique ou dans une discipline d’ingénieur, avec des diplômes à double accent encouragés.
CSB Graduate Education
Tous les étudiants suivent un programme de base qui comprend des cours de biologie et de biologie computationnelle, ainsi qu’un cours de biologie computationnelle et de biologie des systèmes basé sur la littérature scientifique. Les cours au choix avancés en sciences et en génie améliorent à la fois l’étendue et la profondeur de l’éducation de chaque étudiant. Au cours de leur première année, en plus des cours, les étudiants effectuent des rotations dans plusieurs groupes de recherche afin d’acquérir une exposition plus large aux travaux à la frontière de ce domaine et d’identifier un laboratoire approprié pour mener des recherches de thèse. Les étudiants de CSB servent également d’assistants d’enseignement pendant un semestre de la deuxième année pour développer davantage leurs compétences en enseignement et en communication et faciliter leurs interactions entre les disciplines. Les étudiants participent également à une formation à la conduite responsable de la recherche pour les préparer aux complexités et aux exigences de la recherche scientifique moderne. La durée totale du programme, y compris les travaux de classe, les examens de qualification, la recherche de thèse et la préparation de la thèse est d’environ cinq ans.
Curriculum
Le curriculum du CSB comporte deux composantes. Le premier est un noyau qui fournit une connaissance fondamentale de la biologie et de la biologie computationnelle. Le second est un programme personnalisé de cours au choix qui est sélectionné par chaque étudiant en consultation avec les membres du comité des diplômés de la CSB. L’objectif est de donner aux étudiants une grande latitude dans la définition de leur domaine d’intérêt individuel, tout en offrant une surveillance et des conseils pour s’assurer que la formation est rigoureuse et approfondie.
Programme de base
Le programme de base comprend trois matières en classe plus un ensemble de trois rotations de recherche dans différents groupes de recherche. Les sujets de classe se répartissent en trois domaines décrits ci-dessous.
Biologie moderne (Une matière): Un terme de biologie moderne au MIT renforce la base de biologie de tous les étudiants du programme. Les sujets en biochimie, génétique, biologie cellulaire, biologie moléculaire ou neurobiologie remplissent cette exigence. Le cours particulier suivi par chaque étudiant dépendra de ses antécédents et sera déterminé en consultation avec les membres du comité des diplômés.
Biologie computationnelle (Un sujet): Un terme de biologie computationnelle fournit aux étudiants une formation dans l’application du calcul à la biologie, y compris l’analyse et la modélisation des données séquentielles, structurelles et systémiques. Cette exigence peut être remplie par 7.91 / 20.490 Fondements de la Biologie Informatique et des Systèmes.
Sujets en Biologie Informatique et des Systèmes (Un sujet): Tous les étudiants de première année du programme participent à / 7.89 Sujets en Biologie Computationnelle et des systèmes, une exploration des problèmes et des approches dans le domaine de la biologie computationnelle et des systèmes à travers une discussion approfondie et une analyse critique de certains articles de recherche primaires. Cette matière est réservée aux étudiants de première année de doctorat en CSB ou dans des domaines connexes afin de construire une communauté forte au sein de la classe. C’est le seul sujet du programme avec une telle limitation.
Rotations de Groupes de Recherche (Trois Rotations): Pour aider les étudiants dans la sélection des laboratoires et fournir une gamme d’activités de recherche en biologie informatique et des systèmes, les étudiants participent à trois rotations de recherche d’une durée d’un à deux mois au cours de leur première année. Les étudiants sont encouragés à acquérir de l’expérience dans les approches expérimentales et informatiques adoptées dans différentes disciplines du MIT.
Cours au choix avancés
L’exigence de quatre cours au choix avancés est conçue pour développer à la fois l’étendue et la profondeur. Les cours au choix s’ajoutent à la base du noyau diversifié et contribuent à renforcer les domaines liés à l’intérêt des étudiants et à l’orientation de la recherche. Pour développer la profondeur, deux des quatre cours au choix avancés doivent être dans le même domaine ou département de recherche. Pour développer l’étendue, au moins un des cours au choix doit être en génie et au moins un en science. Chaque étudiant conçoit un programme de cours au choix avancés qui répond aux exigences de distribution et de zone en étroite consultation avec les membres du comité des diplômés.
Sujets supplémentaires: Comme c’est typique pour les étudiants d’autres programmes de doctorat au MIT, les doctorants CSB peuvent suivre des cours au-delà des cours au choix diversifiés requis décrits ci-dessus. Ces matières supplémentaires peuvent être utilisées pour élargir ou approfondir le programme proposé et pourraient être utiles pour explorer des sujets avancés pertinents pour la recherche de thèse de l’étudiant dans les années ultérieures. Le Comité des diplômés de la CSB travaille avec chaque étudiant diplômé pour élaborer un parcours adapté à ses antécédents et à ses intérêts de recherche.
Formation à la Conduite Responsable de la Recherche: Tout au long du programme, on s’attend à ce que les étudiants assistent à des ateliers et à d’autres activités qui offrent une formation sur la conduite éthique de la recherche. Ceci est particulièrement important dans des domaines interdisciplinaires tels que l’informatique et la biologie des systèmes, où les différentes disciplines ont souvent des philosophies et des conventions très différentes. À la fin de la quatrième année, les étudiants auront suivi environ 16 heures de formation à la conduite responsable de la recherche.
Examens de qualification: En plus des cours et d’une thèse de recherche, chaque étudiant doit réussir un examen de qualification écrit et oral à la fin de la deuxième année ou au début de la troisième année. L’examen écrit consiste à préparer une proposition de recherche basée sur la recherche de thèse de l’étudiant et à présenter la proposition au comité d’examen. Ce processus fournit une base solide pour la recherche de thèse, incorporant de nouvelles idées de recherche et affinant la portée du projet de recherche. L’examen oral est basé sur les cours suivis et sur la littérature publiée connexe. Les examens de qualification sont conçus pour développer et démontrer la profondeur dans un domaine sélectionné (le domaine de la recherche de thèse) ainsi que l’étendue des connaissances dans le domaine de la biologie informatique et des systèmes.
Recherche de thèse: La recherche sera effectuée sous la supervision d’un membre du corps professoral du CSBi, aboutissant à la soumission d’une thèse écrite et à sa soutenance orale devant la communauté et le comité de soutenance de thèse. À la deuxième année, un étudiant aura formé un comité consultatif de thèse avec lequel il se réunira chaque année.
