Déterminants de la sélectivité d’interaction entre ions lanthanides et actinides et le domaine N-terminal de la calmoduline
Les lanthanides sont des métaux d’intérêt stratégique, pour lesquels de nouveaux procédés d’extraction plus sélectifs sont recherchés. Les métallo-protéines sont des macromolécules capables de réguler de façon très fine les propriétés des sites métalliques, leur affinité et leur sélectivité pour le métal d’intérêt. Le but de cette thèse est d’optimiser des sites protéiques affins pour les lanthanides (Ln(III)) et l’américium (Am(III)) et surtout sélectifs au sein de la série des Ln(III) ou entre Am(III) et Ln(III).
Elle s’appuiera sur les travaux récents des équipes BIAM/IPM et ISEC/LILA qui ont montré la possibilité de générer des sites affins pour les Ln(III) et l’Am(III), LogK ˜ 9-12, en introduisant un peptide de fixation des lanthanides (LBT, Nitz et al. 2004) en place du site de fixation du calcium sur le domaine N-terminal de la calmoduline (Berthomieu et al. 2026 EurJIC; Daronnat et al. en préparation).
L’objectif de cette thèse est d’explorer l’effet des modifications de la séquence d’acides aminés impliquée dans la liaison des lanthanides dans les sites 1 et 2 du domaine N-terminal de la calmoduline sur l’affinité de la protéine et sa sélectivité intra-lanthanides ou Ln(III)–Am(III) ainsi que son effet sur une éventuelle coopérativité de fixation entre les deux sites. Des protéines/peptides de plus petite taille seront également étudiés pour optimiser les capacités de capture et permettre l’obtention de données structurales par RMN en solution.
Cette thèse mettra en jeu de l’ingénierie protéique (évolution dirigée ciblée, modifications post-traductionnelles) guidée par des approches d’IA et de dynamique moléculaire, ainsi que l’analyse des propriétés d’interaction protéine – éléments f par des approches complémentaires de spectroscopie et de chimie analytique (notamment UV-Vis, Fluorescence, SLRT, IRTF, RMN, ITC, cristallographie des protéines). Elle permettra d’évaluer la possibilité de mettre en œuvre des approches biosourcées pour l’extraction sélective d’éléments f.
Comprendre et exploiter l'évolutivité des systèmes biologiques
L'évolution dirigée est une pierre angulaire de la biologie de synthèse, mais son succès reste fortement contraint par le génotype initial. Cette capacité latente d'innovation—appelée évoluabilité—varie considérablement d'une protéine ou d'une souche microbienne à l'autre, même lorsqu'elles sont proches, en raison de compromis biophysiques et de contingences historiques. Financée par le projet ANR ProtEvol, cette thèse vise à décrypter et à s'approprier les déterminants de l'évoluabilité à deux échelles biologiques. Au niveau macromoléculaire, nous développerons une nouvelle stratégie de diversification génomique sans plasmide afin de cartographier les trajectoires adaptatives de différents homologues de kinases de la famille ROK, en s'appuyant sur des collaborations en IA et en apprentissage automatique pour extraire les caractéristiques de séquence prédictives de la promiscuité fonctionnelle. Simultanément, à l'échelle de l'organisme, nous utiliserons la plateforme automatisée de culture continue GM3 pour évaluer comment des souches d'Escherichia coli ayant des profils d'assimilation du pyruvate divergents évoluent vers une formatotrophie synthétique basée sur les composés en C1. En combinant la diversification de séquences à haut débit, l'apprentissage automatique et l'évolution automatisée, ce travail transformera l'évoluabilité, concept évolutif abstrait, en un paramètre prédictif et contrôlable pour la bioproduction industrielle.
Optimisation de la dégradation enzymatique du PLA pour la production de biohydrogène (BioH2) par photofermentation.
Ce projet de thèse propose une approche innovante pour produire du biohydrogène (BioH2) à partir de la dégradation enzymatique du PLA (acide polylactique), un bioplastique difficile à recycler. L’objectif est d’optimiser l’hydrolyse du PLA en acide lactique, un substrat directement métabolisable par des bactéries pourpres non sulfureuses (PNSB) pour générer du BioH2 en conditions anoxygéniques. Le travail consistera à sélectionner des estérases performantes (en collaboration avec le Génoscope CEA), à les exprimer de manière soluble dans des hôtes modèles (E. coli, levures, PNSB), et à optimiser les conditions réactionnelles (pH, température, concentration) pour maximiser la production d’acide lactique. Une seconde phase visera à améliorer la photofermentation dans un photobioréacteur (PBR) équipé de systèmes de contrôle avancés (LED, IA, CFD). Ce projet, financé par le CEA et le PUI Grenoble Alpes, s’inscrit dans une démarche d’économie circulaire et vise à développer un procédé scalable pour valoriser les déchets PLA en énergie renouvelable, en lien avec les enjeux de la transition énergétique
Découverte guidée par V-SYNTHES d’inhibiteurs des bromodomaines BET : une nouvelle stratégie antifongique cilbant Candida auris
De nouvelles stratégies antifongiques sont aujourd’hui indispensables pour lutter contre Candida auris, un « superchampignon » émergent multirésistant, à l'origine d’épidémies nosocomiales sévères et d’infections à taux de mortalité élevé. Nos études de preuve de concept réalisées sur Candida albicans et Candida glabrata ont démontré que les bromodomaines BET fongiques – des modules de liaison à la chromatine reconnaissant les histones acétylées – constituent de nouvelles cibles antifongiques prometteuses. Nous avons mis au point un ensemble d’outils moléculaires et cellulaires pour accélérer la découverte d’inhibiteurs des bromodomaines BET fongiques, comprenant des essais FRET pour le criblage de composés, des souches de Candida humanisées pour la validation de la spécificité de cible, ainsi que des tests NanoBiT permettant de suivre directement l’inhibition des bromodomaines BET dans des cellules fongiques.
Ce projet de thèse marque la prochaine étape translationnelle de notre programme de recherche. Il exploitera l’approche V-SYNTHES, une stratégie innovante de découverte et de conception de nouvelles molécules thérapeutiques guidée par l'IA, afin de développer des inhibiteurs BET hautement puissants ciblant C. auris. Ces inhibiteurs seront caractérisés par des analyses biophysiques, biochimiques et cellulaires, étudiés en co-cristallographie avec leurs bromodomaines cibles, puis validés pour leur activité spécifique dans C. auris ainsi que pour leur efficacité antifongique dans des modèles animaux d’infection. Ils serviront également à explorer les mécanismes d’émergence de la résistance aux inhibiteurs BET. Ce projet allie une stratégie antifongique originale à une approche méthodologique innovante, offrant un cadre de formation unique à la recherche interdisciplinaire et translationnelle.
Développement d’un système d’analyse par nanopore solide intégré
L’identification d’objets biologiques d’intérêt (ADN, ARN, protéines…) est rarement possible sur le terrain car elle demande des équipements encombrants, sensibles et/ou basés sur des consommables spécifiques difficiles d’accès ou de conservation. Pour se libérer de ces contraintes nous souhaitons développer une plateforme basée sur la technologie des nanopores solides qui pourrait s’adapter à de nombreux analytes de manière portable et agnostique.
On obtient un nanopore en perçant un trou nanométrique dans une membrane ultrafine de diélectrique grâce à un faisceau d’électrons par exemple. En exposant chaque face de cette membrane à un électrolyte et en appliquant une différence de potentiel de part et d’autre du pore on peut y faire passer un courant ionique mesurable. Quand une particule vient à passer à travers le pore elle modifie ce courant ionique ce qui nous donne des indications sur sa taille, sa charge, sa conformation.
Pour obtenir des résultats fiables avec cette technique il faut pouvoir contrôler chaque élément intervenant dans l’obtention du signal : le diélectrique et le nanopore ; le circuit électronique d’acquisition de ces signaux ; le circuit d’intégration fluidique et le programme d’interprétation des traces de courant. En partant du système le plus simple possible, le candidat devra faire avancer ces différentes thématiques, dans le cadre du séquençage de protéines, en s’appuyant sur les expertises au sein du Leti comme du laboratoire du Lambe.
Biothérapie acellulaire aux propriétés immunomodulatrices optimisées pour la prévention des lésions d'organe en contexte traumatique
Les traumatismes graves causent chaque année plus de 5,8 millions de décès dans le monde, souvent associés à des hémorragies massives et à des défaillances multiviscérales (˜33 % des cas). La rhabdomyolyse, fréquente chez ces patients, résulte de la destruction des cellules musculaires et entraîne la libération de leur contenu dans la circulation. Cette complication favorise l’insuffisance rénale aiguë et la dysfonction hépatique. Actuellement, aucun traitement spécifique n’existe; la prise en charge reste essentiellement symptomatique. Les cellules stromales mésenchymateuses (CSM) sont largement utilisées pour leurs propriétés immunomodulatrices et régénératrices. Des études précliniques ont montré que des CSM préconditionnées par l’IL-1ß peuvent prévenir les lésions rénales et hépatiques ainsi que réduire la perméabilité vasculaire après un choc hémorragique. Leur efficacité repose sur la sécrétion de facteurs solubles et de vésicules extracellulaires, appelés produits acellulaires. Une méthode de production à grande échelle et de qualité clinique de ces produits, basée sur la filtration à flux tangentiel, a été développée. Ces produits présentent une activité immunomodulatrice et un effet hépato-protecteur démontré expérimentalement. Prêts à l’emploi et faciles à stocker, ils représentent une alternative prometteuse aux thérapies cellulaires dans les contextes d’urgence. L’objectif de la thèse est d’optimiser les propriétés immunomodulatrices et anti-inflammatoires de ces produits acellulaires en favorisant l’expression de deux molécules clés de tolérance immunitaires PDL1 et HLA-G. Nous évaluerons les interactions entre les produits ainsi optimisés et différentes cibles immunitaires in vitro, puis in vivo dans un modèle de choc hémorragique traumatique déjà mis en place (modèle rat).
Etude de la détection sélective des terres rares chez Pseudomonas putida et développement d’architectures chélatantes associées
Les terres rares (TR) sont des métaux largement utilisés dans les hautes technologies et la demande en TR devrait doubler d’ici 30 ans. L’extraction sélective et le recyclage des TR ont un triple enjeu, économique, technologique et écologique. Actuellement, moins de 1% des TR sont recyclées. De plus, les méthodes d’extraction sont fastidieuses et polluantes. Elles nécessitent plusieurs étapes avec acides ou solvants. La découverte en 2011 d’enzymes utilisant naturellement les TR légères a ouvert de nouvelles perspectives. Le développement de méthodes biosourcées pourrait être un élément clé pour débloquer les verrous de sélectivité et d’extraction actuels. Cette thèse s’inscrit dans la thématique biotechnologies de demain. Le but de cette thèse, est d’acquérir des données fondamentales sur le mécanisme moléculaire d’un système biologique de perception sélective des TR afin d’en tirer profit pour le développement d’architectures chélatantes sélectives. Pour ce faire, un crible basé sur l’utilisation de rapporteurs fluorescents répondant spécifiquement à certaines TR sera utilisé. Des techniques de biologie cellulaire, biochimie et d’analyse in silico avec des outils d’intelligence artificielle seront utilisées pour accomplir ce projet. Les résultats obtenus permettront d’identifier : 1) le mécanisme moléculaire de détection des TR, 2) les facteurs influençant la sélectivité, et 3) le développement à partir de 1) and 2) d’architectures chélatantes sélectives.