Modélisation Moléculaire et simulations: de system biologiques aux matériaux

Abstract

I presently work at the Laboratoire de Biochimie Théorique in the Institut de Biologie et Physico- Chimique (CNRS). I have been hired as researcher (CR1) at CNRS in 2010. Previously I have been post-doc for about seven years spent in different research environments. I am a scientist with a strong background in computational biophysics and physical chemistry. My research activity involves the application and development of computational methods for tackling problems such as protein thermostability and hydration, membrane fusion and surfactant aggregation, optical and electronic properties of semiconducting polymers.The study of thermophilic protein is my principal axes of research for the next years. This research will benefit of all the expertise acquired during my past training. For example I want to unveil how the behavior of interfacial water may impact the thermodynamics stability of a protein. My past study on the structure and dynamics of water at the interface with proteins and micelles is a solid background for this future challenge. Moreover, in order to investigate the function of a protein in the high temperature regime a detailed quantum treatment of some degrees of freedom is necessary. My past activity in the field of quantum/classical as well as ab initio simulation will support this part of the research. The research on thermophilic proteins is funded by the European Research Council (ERC) via the starting grant IDEAS. A post-doc and a PhD student have joined me on this research topic. Extra-mural collaborations have been already established; I mention the collaboration with D. Madern at the Institut de Biologie Structurale (Grenoble, France), M. Maccarini at the ILL (Grenoble, France), S. Melchionna at CNR (Rome, Italy)My second line of research concerns the study of membrane fusion and in particular the role of the protein SNARE. My study will be based on a multi-scale approach using both atomistic and coarse-grain models. This research will benefit from my expertise in the field of soft-matter. My investigation will be supported by intense intra-mural collaborations, namely with P. Derreumaux and M. Baaden.Along the years I had an intense activity in code development. I am author of a code for the quantum/classical simulation of π-conjugated polymers in both ground and excited state. This code is currently used in collaboration with the group of P.J. Rossky at the university of Texas at Austin and I. Burghardt at Frankfurt University for investigating the optical and electronic properties of semiconducting plastic materials. I have also given a contribution to the development of the engine for the ab initio simulation CP2K. I have specifically implemented a sophisticated method for advanced sampling, the Temperature Accelerate Molecular Dynamics, for studying hydrogen storage and release in materials.KEYWORDS: Computer simulation, protein hydration and stability, membrane fusion, classical, quantum/classical and ab initio molecular dynamics.Je travaille actuellement au Laboratoire de Biochimie Théorique à l'Institut de Biologie et Physico-Chimique (CNRS). J'ai été recruté en tant que chercheur (CR1) au CNRS en 2010. Auparavant, j'ai été post-doc pendant environ sept ans dans différents environnements de recherche.Je suis un scientifique ayant une solide expérience en biophysique computationelle et en chimie physique. Mon activité de recherche implique l'application et le développement de méthodes de simulation pour résoudre des problèmes tels que la thermostabilité des protéines et l'hydratation, la fusion membranaire et l'agrégation des tensioactifs, les propriétés optiques et électroniques des polymères semi-conducteurs.L'étude des protéines thermophiles est mon principal axe de recherche pour les prochaines années. Cette recherche bénéficiera de toute l'expertise acquise lors de ma formation passée. Par exemple, je souhaite dévoiler comment le comportement de l'eau interfaciale peut avoir une incidence sur la stabilité thermodynamique d'une protéine. Mon étude antérieure sur la structure et la dynamique de l'eau à l'interface avec les protéines et les micelles est une base solide pour ce défi futur. En outre, afin d'étudier la fonction d'une protéine dans le régime à haute température, un traitement quantique détaillé de certains degrés de liberté est nécessaire. Mon activité passée dans le domaine de la simulation quantique / classique et ab initio appuiera cette partie de la recherche. La recherche sur les protéines thermophiles est financée par le Conseil européen de la recherche (ERC) via la subvention de départ IDEAS. Un étudiant post-doc et un doctorant m'ont rejoint sur ce sujet de recherche. Des collaborations extra-murales ont déjà été établies; Je mentionne la collaboration avec D. Madern à l'Institut de Biologie Structurale (Grenoble, France), M. Maccarini au ILL (Grenoble, France), S. Melchionna au CNR (Rome, Italie). Ma deuxième ligne de recherche concerne l'étude de fusion membranaire et en particulier le rôle de la protéine SNARE. Mon étude sera basée sur une approche multi-échelle utilisant à la fois des modèles atomiques et gros-grains. Cette recherche bénéficiera de mon expertise dans le domaine de la matière molle. Mon enquête sera soutenue par d'intenses collaborations avec de membres du laboratoire, notamment avec P. Derreumaux et M. Baaden. Au cours des années, j'ai eu une activité importante dans le développement de code. Je suis l'auteur d'un code pour la simulation quantique / classique de polymères π-conjugués à la fois à l’état fondamental et à l'état excité. Ce code est actuellement utilisé en collaboration avec le groupe de P.J. Rossky à l'université du Texas à Austin et I. Burghardt à l'Université de Francfort pour enquêter sur les propriétés optiques et électroniques des matériaux plastiques semi-conducteurs. J'ai également contribué au développement du moteur pour la simulation ab initio CP2K. J'ai spécifiquement mis en place une méthode sophistiquée pour l'échantillonnage avancé, la température Accelerate Molecular Dynamics, pour étudier le stockage et la libération d'hydrogène dans les matériaux

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