Journal de Saclay n°27 - CEA Saclay

Modélisation et SimulationQUELLES QUANTITÉS D’URANIUMET DE PLUTONIUM Y A-T-ILDANS UN FÛT DE DÉCHETS?Inspecter des déchets radioactifs conditionnés dans un«colis» de béton ou d’acier sans l’ouvrir, c’est possible en« interrogeant » ce colis grâce à un rayonnement gamma.fraction infinitésimale des matières fissiles contenues dansle colis. Des neutrons accompagnent cette réactionnucléaire et sont détectés. Les signaux recueillis nepeuvent être interprétés qu’en effectuant une simulationminutieuse de l’expérience. Le modèle prend en compte lastructure interne du colis, ainsi que la description duEFFETS DES RAYONNEMENTSSUR LE VIVANT : DU GÈNE AUX PROTÉINESidentifiés au préalable par des travaux de radiobiologie(effectués notamment au centre CEA de Fontenay-aux-Roses) pour trouver les « domaines ». Les domainesprotéiques correspondants sont synthétisés au laboratoirepuis analysés par RMN (voir p.12). Leurs structures spatialessont déduites de ces données grâce à un puissant> Simuler pour expérimenterDans l’installation Saphir 1 du CEA LIST 2 à Saclay, cecontenu (béton, vinyl, ferraille, etc.). Dans un modèle àprogramme de reconstruction. L’étude expérimentale durayonnement est produit indirectement grâce à un accélé-près de cent millions de particules, le calcul Monte-Carlomélange entre deux protéines fournit ensuite des informa-rateur d’électrons et provoque la « photofission » d’une(voir p.4) décrit tous les processus physiques depuis lestions biochimiques et biophysiques qui vont à leur tourélectrons jusqu’aux neutrons. La réponse attendue est laalimenter une simulation des protéines en interaction pourteneur en uranium et en plutonium du colis.accéder à la structure des complexes.Contact : mehdi.gmar@cea.fr1QUELLE EST LA STRUCTUREDE CE BRIN D’ADN ?Pour connaître la structure d’un brin d’ADN dans l’espace,il est souvent nécessaire de recourir à une techniqued’analyse complexe, la Résonance magnétique nucléaire(RMN). La formule chimique du brin étant connue, la RMNfournit des informations sur certains atomes parmi les plusfréquents dans les molécules biologiques, notamment deséléments géométriques relatifs aux liaisons chimiques et lesdistances interatomiques. À partir de données interprétéespar l’expérimentateur, un calcul numérique permet deZoom : protéine in silicoSans aucune donnée expérimentale,il est possible de reconstituernumériquement la structure d’uneprotéine dans l’espace avec saseule formule chimique.Rechercher des analogies dans labanque de données des protéinespermet d’édifier pas à pas unestructure plausible, qui répond àdes critères de stabilité.Ci-dessus : reconstitution de la structure spatiale d’une protéine à partir d’unebase de données.(LIST / Département des technologies du capteuret du signal)1 Système d’Activation PHotonique et d’IRradiation.2 LIST : Laboratoire d’intégration des systèmes et des technologies.ZoomUtilisant un principe voisin de celui de Saphir, le projet européen Euritrack viseà détecter la présence d’explosifs ou de drogues dans des containers debateaux, sans les ouvrir. Le LIST est coordonnateur du projet.reconstruire une structure spatialepossible de l’ADN. Il reste à soumettreces structures calculées à l’épreuved’une simulation numérique dynamique.En d’autres termes, il s’agit detester les mouvements « naturels » de lastructure et d’observer sa stabilité. Sielle se déforme, si des liaisonschimiques cassent, si des atomes«déménagent», la structure ne peutcorrespondre à la réalité et doit êtreéliminée.Contact : yves.boulard@cea.fr,(Département de biologieJoliot-Curie)1 Au premier plan, un accélérateur d’électrons délivre de l’énergie à l’intérieurd’un colis de déchets radioactifs (fût jaune à l’arrière plan). L’interaction entrecette énergie et la matière contenue dans le fût produit des neutrons qui sontanalysés. La simulation permet ensuite d’évaluer la teneur du fût en uraniumet en plutonium.2 Cette image représente la structure d’une molécule d‘ADN, calculée pardynamique moléculaire à partir de données de RMN. Les deux brins d’ADNsont en rose et vert.21Pour comprendre les effets des rayonnements ionisantssur le vivant, il faut commencer par identifier les gènessensibles à ce stress, puis analyser les interactions entreles protéines issues de ces gènes. Ces interactionsrégissent de précieux mécanismes de régulation cellulaire.Plus concrètement, les protéines se rapprochent, attiréesl’une par l’autre au niveau de «domaines» (ou sousstructures)présentant d’intenses affinités chimiques, quiforment des superstructures appelées «complexes». Laconnaissance de ces interactions entre protéines pourraitpermettre ultérieurement de comprendre les mécanismesmoléculaires responsables des processus de cancérisation,voire de contrôler la réparation des dommages del’ADN induits par les rayonnements.À chaque étape, la modélisationDans cette démarche de recherche, la simulation estprésente à chaque étape. Un traitement informatiquedécortique les séquences des gènes « sensibles »,Objet Reconstruire la structure d’une protéineTemps de calcul2 joursNombre de processeurs 10Nombre de lignes de programmation 10 000Gagner du tempsL’élucidation complète de la structure d’une protéine durehuit mois en moyenne pour une structure comportant150acides aminés, au lieu de deux ans avant que le logicielne soit développé. La durée d’une simulation ne dureparadoxalement que deux jours. L’écart entre cette duréeet les huit mois s’explique par l’imprécision des donnéesexpérimentales de la RMN. Il faut éliminer une à une toutesles erreurs qui entravent le calcul de reconstruction. Unedizaine de protéines ont été étudiées suivant ces modalitésdepuis huit ans. Une goutte d’eau pourtant à côté desquelque six mille protéines d’une cellule, dont les multiplesliens se nouent et se dénouent perpétuellement…Contact : bgilquin@cea.fr(Département d’ingénierie et d’études des protéines)face2dessus1 Appareil de résonance magnétique nucléaire, utilisé pour déterminer lastructure de grosses molécules biologiques (protéines, ou fragments d’ADN).Au premier plan, le cryostat contenant la bobine supraconductrice à latempérature de l’hélium liquide : le champ magnétique créé par la bobinepermet d’étudier les propriétés de certains noyaux atomiques.2 Modèle d’un complexe de deux protéines (vu de face et de dessus), résolu grâceà une combinaison de données expérimentales et de simulations numériques.13Modélisation et Simulation