Comprendre les mécanismes qui rendent la vie possible

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James Polson passe beaucoup de temps à essayer de comprendre les mécanismes qui rendent la vie possible. Il est professeur agrégé de physique à l’Université de l’Île-du-Prince- Édouard. Il étudie les polymères, un groupe de longues molécules composées de nombreuses sous-unités chimiques qui se répètent en formant une chaîne. Les protéines et l’ADN sont des biopolymères naturels qui sont essentiels à la structure et aux fonctions biologiques.

Le chercheur se sert de simulations informatiques et de méthodes théoriques d’analytique pour approfondir les propriétés physiques des polymères dans des environnements confinés ou surpeuplés.

« Nous effectuons des calculs intensifs pour analyser des modèles de systèmes dans des conditions qui correspondent à celles d’expériences récentes utilisant l’ADN », indique l’homme de science.

Les recherches de M. Polson se classent dans trois catégories. La première, la translocation de polymères, s’intéresse à ce qui arrive quand des molécules de polymères sont conduites dans le trou étroit d’une barrière, comme lorsqu’on enfile une aiguille.

« Cette étude revêt un grand intérêt », soutient le spécialiste. La compréhension de la physique de base de cette opération offrira une perspective utile pour l’élaboration de nouvelles technologies de séquençage d’ADN fondées sur la translocation. »

La deuxième catégorie de recherche comprend l’exploration des effets de la compression de polymères dans d’étroits canaux. Dans de tels environnements, les molécules adoptent parfois des états repliés et le professeur utilise des simulations pour quantifier la tendance des polymères à exister dans ces états. Les résultats favoriseront le développement de techniques de mappage génomique par confinement de l’ADN dans des nanocanaux. Le physicien se penche également sur la propension des polymères confinés à se ségréger, processus qui se rapporte à la séparation des chromosomes dans les bactéries.

« Avant qu’une bactérie ou une cellule se divise, elle se réplique, observe le chercheur. Mais il y a beaucoup d’incertitude autour des mécanismes de division de ses chromosomes. Selon une des possibilités envisagées, ce serait l’entropie qui en fournit la principale force d’action et nos simulations nous apporteront un éclairage sur l’importance de cet effet. »

Dans le cadre de ses recherches, le scientifique a recours aux ressources de calcul d’ACENET et de Calcul Canada pour créer des modèles virtuels de molécules polymères afin de simuler leur comportement dans diverses conditions. Bien que ces modèles soient très simplificateurs et conçus pour capter seulement les caractéristiques les plus basiques des vrais systèmes moléculaires, les simulations n’en prennent pas moins beaucoup de temps.

« J’ai besoin qu’ACENET me procure de la puissance informatique. De 100 à 200 processeurs sont nécessaires pendant un ou deux jours pour chaque calcul et il y a des douzaines de calculs à effectuer pour chaque projet. »

M. Polson assure que l’appui continu qu’il reçoit du personnel d’ACENET est déterminant pour son travail.

« Chaque été, j’ai des étudiants qui m’assistent. Ils ont encore beaucoup de connaissances à acquérir côté informatique, mais ACENET a d’excellents tutoriels pour les néophytes. »

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