PRODUCTION PHOTOCATALYTIQUE D'HYDROCARBURES UTILISANT L'ACIDE GRAS PHOTODÉCARBOXYLASE

Une position de doctorat en bio-photocatalyse à l'Université Paris-Saclay/I2BC & à l'Université d'Aix Marseille/BIAM en France est disponible pour un(e) candidat(e) dynamique et enthousiaste. Financé par l'Agence Nationale de la Recherche (ANR) française, le projet interdisciplinaire se concentre sur le développement de biocatalyseurs innovants pour la photo-production de carburants d'origine non fossile.
Le projet de thèse, intitulé 'Production photocatalytique d'hydrocarbures utilisant l'acide gras photodécarboxylase', vise à optimiser l'enzyme naturelle de la Photodécarboxylase des Acides Gras (FAP) pour une photostabilité accrue et une fixation et photodécarboxylation plus efficaces des substrats d'acides gras courts, produisant ainsi des hydrocarbures liquides.
Les responsabilités clés comprennent la préparation de protéines FAP (sauvage et mutants), la réalisation de tests et de criblages d'activité photoenzymatique, la participation à l'évolution enzymatique, la caractérisation de nouveaux mutants à l'aide de techniques spectroscopiques, la contribution à l'analyse des données, à la rédaction de publications scientifiques, et la présentation des résultats lors de conférences.
Les exigences pour le/la candidat/e comprennent un diplôme de Master ou d'ingénieur dans des domaines pertinents, des compétences pratiques en laboratoire, la capacité à travailler de manière autonome, la maîtrise de l'anglais et/ou du français, et la disposition à déménager de Provence à l'Île-de-France pendant le doctorat.
La position offre la possibilité de contribuer à la recherche sur l'énergie durable tout en acquérant une expertise en biologie moléculaire, biochimie et spectroscopie optique. Le doctorat sera réalisé dans le cadre d'un projet ANR collaboratif impliquant quatre équipes aux compétences diverses. Le/la candidat/e idéal/e devrait s'intégrer dans un environnement multidisciplinaire.
Le superviseur sera Pavel Müller (pavel.muller@i2bc.paris-saclay.fr) et le co-superviseur sera Damien Sorigué(damien.sorigue@cea.fr). Les lieux de travail comprennent l'Institut des Biosciences et Biotechnologies d'Aix-Marseille et le CEASaclay/Institut de Biologie Intégrative de la Cellule.
Le contrat commence entre octobre 2024 et février 2025 et dure trois ans, avec un salaire mensuel de 2400 € (brut). Les candidat(e)s prêt(e)s à relever des défis dans le domaine de l'énergie sont encouragé(e)s à postuler !

RMN sous illumination : un outil puissant pour comprendre et améliorer les propriétés de protéines fluorescentes photo-commutables

L'étudiant recruté étudiera les mécanismes photophysiques des protéines fluorescentes (RSFPs) réversiblement photo-commutables en utilisant la spectroscopie RMN en solution couplée à une illumination in situ et à une pression d'oxygène variable. Les RSFP sont capables de passer d'un état fluorescent à un état non fluorescent sous l'effet d'une illumination spécifique, et ont favorisé de nombreux types d'applications d'imagerie, y compris les méthodes de super-résolution. La spectroscopie RMN multidimensionnelle est une technique de résolution atomique particulièrement puissante qui fournit des informations détaillées sur la dynamique conformationnelle des protéines, ainsi que sur la chimie locale (états de protonation, liaisons H, ...) impliquée dans la photophysique du chomophore au sein de l'échafaudage protéique. Dans ce projet de thèse, nous allons améliorer notre dispositif d'illumination RMN in situ en ajoutant des capacités telles que des longueurs d'onde supplémentaires de sources lumineuses émettrices, la détection de la fluorescence et le contrôle de la pression de l'oxygène. Cela permettra de corréler directement la dynamique conformationnelle de divers états avec leurs propriétés photophysiques, ainsi que l'effet de l'oxygène sur la formation d'états triplets et le photoblanchiment. Nous appliquerons cette méthodologie RMN à plusieurs modèles de RSFP verts et rouges, ainsi qu'à des systèmes FAST. L'objectif est de contribuer à la connaissance fondamentale de ces marqueurs fluorescents et de concevoir des variantes améliorées.

Comprendre les protéines fluorescentes photo-commutables rouges

L'imagerie par fluorescence est essentielle pour percer les secrets de la vie et a grandement bénéficié de la découverte des protéines fluorescentes (PF). Les protéines fluorescentes réversiblement commutables (RSFP, https://doi.org/10.1002/iub.1023) sont capables de passer d'un état fluorescent à un état non fluorescent sous l'effet d'une illumination spécifique, et ont favorisé de nombreuses applications en imagerie, notamment certaines méthodes de super-résolution. Cependant, les RSFPs sont encore imparfaites : par exemple, leur brillance est limitée, leur cinétique de commutation dépend des conditions environnementales et leur résistance au photoblanchiment est insuffisante. En particulier, alors que les RSFPs vertes sont relativement performantes, les RSFPs rouges sont à la traîne. Les performances de commutation des RSFPs vertes et rouges sont liées à leurs propriétés dynamiques et peuvent être étudiées en combinant des approches de biologie structurale, telles que la cristallographie cinétique aux rayons X, avec la spectroscopie optique et l'imagerie de fluorescence (doi : 10.1038/s41592-019-0462-3). Dans le projet proposé, ces techniques seront utilisées pour mieux comprendre les RSFP rouges et faciliter leur ingénierie rationnelle pour développer des variants plus lumineux et photo-résistants. L'étudiant(e) recruté(e) travaillera en étroite collaboration avec un autre doctorant en cours de recrutement, qui abordera les mêmes questions en utilisant la RMN.

Les candidats devront montrer un intérêt marqué pour l'interface entre la physique, la chimie et la biologie. Une connaissance de la microscopie à fluorescence avancée et/ou de la cristallographie aux rayons X est requise. Une expérience préliminaire en analyse d'images, biochimie, biologie cellulaire et/ou moléculaire sera appréciée.

Imagerie de la compartimentation et de la pharmacologie du lithium par IRM du Lithium-7 in vivo at très haut champ magnétique.

A très haut champ magnétique, l’accroissement de la polarisation ouvre la voie à l’imagerie et à la spectroscopie RMN de noyaux moins abondants que le proton et aux rapports gyromagnétiques plus faibles tels que le sodium-23 (23Na) et le lithium-7 (7Li).
L’objectif de cette thèse est de développer l’imagerie RMN des noyaux 23Na et 7Li à très haut champ magnétique sur le nouvel imageur clinique à 11,7T de NeuroSpin (CEA/DRF/JOLIOT) ainsi que sur l'imageur préclinique à 17.2T. L’étudiant de thèse devra poursuivre les travaux réalisés ces dernières années et mettre en place de nouveaux protocoles précliniques d’imagerie et de spectroscopie in vivo du 23Na et du 7Li. Ce travail sera appliqué pour étudier la pharmacologie cérébrale du lithium et ses propriétés biophysiques. Nous nous intéresserons en particulier aux cinétiques de transport à travers la barrière hémato-encéphalique et à la compétition entre ions Li+ et Na+ et leur compartimentation.

Etude du mécanisme de photoactivation de la protéine caroténoïde orange par cristallographie femtoseconde en série résolue dans le temps

La protéine caroténoïde orange (OCP) est une protéine photoactive impliquée dans la photoprotection des cyanobactéries. Récemment, un mécanisme de photoactivation a été proposé, dans lequel l'état S2 initialement excité produit plusieurs états excités caractérisés par des durées de vie distinctes (ICT, S1, S*), mais aucune confirmation structurale n’a pu être apportée à ce jour. Un seul de ces états excités est le précurseur de l'état biologiquement actif de l’OCP, formé à l’échelle de la seconde. Afin de comprendre le mode d’action de l’OCP, nous proposons de la « filmer en pleine action », grâce à la cristallographie résolue en temps. Spécifiquement, nous proposons de caractériser les structures des états intermédiaires formés de l’échelle de la femtoseconde à la milliseconde, en réalisant une expérience de cristallographie résolue en temps ultra-courts. Cette expérience rééquerrera l’utilisation d’un laser à électrons libres (XFEL). Parallèlement, nous utiliserons la nouvelle ligne de lumière ID29 de l’ESRF, dédiée à la cristallographie résolue en temps, pour déterminer les structures des états intermédiaires se formant ultérieurement, de l'échelle de la milliseconde à la seconde. Notre projet de biologie structurale intégrée permettra de visualiser les changements conformationnels subis par l’OCP lors de sa photoactivation, de l'échelle photochimique (centaines de femtosecondes) à l'échelle photobiologique (secondes). Il ouvrira ainsi la voie à une compréhension détaillée du mécanisme de photoactivation et à l’exploitation de l’OCP en optogénétique ou comme « fusible moléculaire » dans les systèmes photosynthétiques biomimétiques.

Biosynthèse et évaluation fonctionnelle de nouveaux peptides antimicrobiens issus de microbiomes intestinaux de mammifères

L’OMS a identifié la résistance aux antibiotiques comme étant l’une des menaces majeures pour la santé humaine. Selon les prédictions, le nombre de décès en lien avec l’antibiorésistance est estimée à 10 millions par an en 2050. Cette situation amène les scientifiques à trouver de nouvelles molécules, idéalement naturelles, dont la structure et le mode d’action diffèrent par rapport aux antibiotiques conventionnels, pour pallier les phénomènes de résistance. Une alternative prometteuse concerne les peptides antimicrobiens de la famille des RiPPs (ribosomally synthesized and post-translationally modified peptides) produits par des bactéries. De nombreux travaux montrent que le microbiome intestinal joue un rôle très important dans la santé de l’hôte. Parmi les mécanismes mis en œuvre, la production de peptides antimicrobiens apparait importante. Une partie de nos travaux, menés en collaboration, vise à identifier des nouveaux peptides antimicrobiens issus d’écosystèmes biologiques complexes par des méthodes de métagénomique. A ce jour, nous avons identifié une dizaine de séquences potentiellement intéressantes. Dans ce projet, nous nous intéresserons à la biosynthèse des peptides antimicrobiens ainsi qu’à leur caractérisation biochimique et structurale. Une partie importante du sujet sera consacrée à l'activité biologique de ces composés sur des pathogènes résistantes et multi-résistants aux antibiotiques conventionnels. Le mode d'action ainsi que la toxicité seront abordés pour les peptides les plus efficaces

explorer la chimiotaxie des bactéries magnétotactiques

Développement de nouvelles formulations d’antidotes à base de nanoparticules lipidiques de type bilosomes enrobés de chitosan avec ciblage actif, contre les intoxications par les neurotoxiques organophosphorés pour une administration par voie nasale

L’objectif de ce projet de thèse innovant est de mettre au point et valider l’efficacité biologique de nouvelles formulations incluant des réactivateurs originaux et brevetés (CNRS/IRBA). Ceux-ci présentent une activité à large spectre de l’acétylcholinestérase (AChE) inhibée par des Neurotoxiques OrganoPhosphorés (NOPs), d’où l’intérêt de développer des antidotes efficaces au niveau central, pour une administration nose-to-brain. Les nouvelles formulations à base de bilosomes conçues au CEA seront administrées par voie nasale, non invasive, ce qui pourrait permettre une délivrance cérébrale soit après passage dans la circulation systémique, soit par absorption au niveau de la zone olfactive. Cette dernière donne un accès direct au liquide céphalo-rachidien et au parenchyme cérébral, contournant ainsi la barrière hémato-encéphalique (BHE). L’approbation par les autorités de santé des traitements Nyxoïd (naloxone) et Valtoco (diazepam) montrent la pertinence des approches thérapeutiques par voie nasale pour faire face à des situations d’urgences (ex. overdose, épilepsie) chez de sujets pouvant être inconscients ou en détresse respiratoire. In fine, les innovations et la PI issues de ce projet pourraient intéresser la société OPGS Pharmaceuticals récemment créée, pour la valorisation des travaux, et éventuellement pour les étapes de développement précliniques (toxicité, sélectivité…) et de scale-up.
La thèse se déroulera à TOULOUSE.

Technologie pour la fécondation in vitro : plateforme microfluidique d'accueil et de caractérisation non invasive d’embryons

L'infertilité touche 17,5% des couples en âge de procréer. Les techniques de Procréation Médicalement Assistée (PMA), telles que la fécondation in vitro (FIV), sont des procédures couteuses et complexes qui nécessitent du matériel de pointe et une main d’œuvre hautement qualifiée. Les manipulations successives des embryons sont sources de stress pouvant impacter la qualité et la viabilité des embryons. Mais les anomalies de développement et les fausses couches sont principalement causées par les anomalies chromosomiques de nombre ou aneuploïdies. Celles-ci peuvent être détectées par le diagnostic pré-implantatoire des aneuploïdies (DPI-A) suivi du séquençage haut-débit (NGS). Cependant, le DPI-A reste complexe et invasif, avec la biopsie embryonnaire, pouvant avoir des implications sur le développement de l’embryon.
La problématique à laquelle le doctorant devra répondre est la suivante : peut-on concevoir une alternative technologique permettant à la fois la culture automatisée d'embryons issus de fécondation in vitro (FIV) et leur sélection par des méthodes non invasives ? Le projet se focalisera sur l'automatisation des manipulations embryonnaires en minimisant le stress mécanique, ainsi que sur l'extraction du milieu extra-embryonnaire pour l'analyse des ADN circulants.
Les résultats escomptés incluent une plateforme microfluidique automatisée permettant la manipulation des embryons sans intervention humaine, l'extraction du milieu extra-embryonnaire pour l'analyse des aneuploïdies par séquençage, et la construction des bases de programme pour les technologies microfluidiques appliquées à la FIV.

Rôle des modes de vibration des états excités des chlorophylles dans la photosynthèse

La photosynthèse alimente l'ensemble de la biosphère et constitue sans doute le processus biologique le plus important sur Terre. L'efficacité quantique du transfert d'énergie d'excitation dans les complexes de collecte de lumière photosynthétiques peut atteindre presque l'unité. Cette efficacité élevée est encore plus surprenante si l'on tient compte du fait que le transfert d'énergie d'excitation élevée à travers des centaines de pigments dans un paysage énergétique désordonné ne peut être expliqué par les modèles actuels. Actuellement, il existe deux principales hypothèses pour expliquer le transfert d'énergie ultrarapide : le "caractère quantique" et "l'assistance vibrationnelle". Pour valider ces hypothèses, il est nécessaire de caractériser les propriétés électroniques et vibrationnelles des états excités des cofacteurs impliqués dans le processus de transfert d'énergie d'excitation. Nous avons conçu un projet interdisciplinaire dans lequel l'étudiant sera formé aux techniques biochimiques de purification des protéines. L'utilisation de différents détergents pour purifier les complexes de collecte de lumière conduit à des systèmes perturbés présentant des différences dans les voies de transfert d'énergie d'excitation. Les différences entre les différents complexes de collecte de lumière de chaque purification seront caractérisées par la résonance Raman et la fluorescence résolue en temps. Ensuite, nous utiliserons des techniques ultrarapides telles que l'absorption transitoire femtoseconde, la spectroscopie électronique 2D (2DES) et la spectroscopie Raman stimulée femtoseconde (FSRS). Ces données seront utilisées pour développer de nouveaux modèles de transfert d'énergie photosynthétique. L'étudiant participera à l'analyse et aux discussions pour la modélisation théorique de ce processus, mais l'apprentissage des techniques de modélisation est hors du champ de la thèse.

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