Thomas Nowak, à l’IUF

Ses axes de recherche

• Algorithmique distribuée
• Biologie synthétique
• Systèmes à évènements discrets

Ses travaux abordent différents réseaux dynamiques, où les « agents » communiquent entre eux. L’analyse de phénomènes naturels peut aider à développer des algorithmes aux performances remarquables.

Le vol des oiseaux vers une direction commune

Thomas Nowak a caractérisé la vitesse à laquelle un consensus peut être atteint, pour par exemple les oiseaux décident de voler dans une direction commune, en fonction de leur environnement. Ce résultat s’applique efficacement à certaines classes de réseaux dynamiques.

La communication entre bactéries et virus

L’étude des oiseaux présente cependant de nombreuses difficultés d’un point de vue algorithmique, ce qui a poussé Thomas Nowak vers les créatures les plus simples de la biologie : les bactéries et les virus. Il est ainsi entré dans le domaine de la biologie synthétique, où les microorganismes sont génétiquement modifiés afin d’accomplir des algorithmes conçus par les chercheurs.

L'objectif est d'étudier des systèmes micro-biologiques et de concevoir de nouveaux circuits bactériens en les analysant comme des systèmes distribués.
Considérer les bactéries et les virus comme des systèmes distribués permet à la fois de comprendre et de modifier la nature.

« Une multitude de bactéries vivent au sein d’autres organismes, comme toutes celles que l’on retrouve le long de notre système digestif, explique Thomas Nowak. À long terme, nous avons l’espoir qu’elles pourront exécuter des algorithmes à des fins médicales, qu’il s’agisse de diagnostic ou de thérapie. Pour l’instant, nous implémentons les briques de base de la communication entre les microorganismes afin qu’ils puissent atteindre un consensus à l’échelle de populations importantes. Les applications médicales directes arriveront plutôt dans une dizaine d’années. »

Thomas Nowak explore ainsi les différents moyens de communiquer une donnée, détenue par une sous-partie d’une population de bactéries, à l’ensemble des congénères présents. Cela revient là encore à converger vers un consensus, mais c’est également une forme d’amplification de signal. Les microorganismes se voient attribuer des valeurs booléennes, sous la forme de 0 ou 1, dont on souhaite qu’il n’en reste plus qu’une à la fin.

Si dans un ordinateur ces opérations sont réalisées par des composants électroniques, comme des amplificateurs et des transistors, ce rôle est ici joué par de petits brins d’ADN. Les algorithmes de Thomas Nowak entraînent une compétition : si deux bactéries opposées se rencontrent, elles se tuent mutuellement.
On pourrait alors penser qu’il suffit de créer un peu plus de l’une pour s’assurer qu’elle remporte le consensus final, mais le jeu des duplications et des morts naturelles demande d’ajuster plus finement que cela les paramètres des algorithmes.

La nomination de Thomas Nowak à l’IUF ainsi que, à deux semaines d’intervalle, sa promotion comme professeur des universités lui permettront de pousser ses travaux et d’avancer vers de futures applications médicales