Thèse Etudes des Mécanismes d'Interactions Microbiennes au Sein de Consortia Synthétiques H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Institut National des Sciences Appliquées de Toulouse
École doctorale : SEVAB - Sciences Ecologiques, Vétérinaires, Agronomiques et Bioingenieries
Laboratoire de recherche : TBI - Toulouse Biotechnology Institute, Bio & Chemical Engineering
Direction de la thèse : Muriel COCAIGN-BOUSQUET ORCID 0000000320339901
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-06-01T23:59:59

Les interactions entre micro-organismes déterminent les propriétés émergentes des consortia microbiens. Pourtant, ces réseaux d'interactions restent encore peu caractérisés en raison de la complexité et de la diversité des mécanismes impliqués. La plupart des études se concentrent sur les interactions métaboliques dominantes, laissant de nombreuses interactions inexplorées et conduisant à une description partielle des interactions. En conséquence, notre compréhension du fonctionnement des consortia microbiens et notre capacité à les contrôler demeurent limitées. Ce projet de thèse vise à approfondir la compréhension du dialogue moléculaire au sein de consortia microbiens synthétiques simples en poursuivant deux objectifs : (i) caractériser les mécanismes constituant le réseau d'interactions d'un consortium modèle ; et (ii) analyser la plasticité de ces interactions en réponse à des variations de composition ou d'environnement. Dans un premier temps, l'étude portera sur un consortium constitué des bactéries modèles Escherichia coli et Lactococcus lactis. La production et l'intégration de données multi-omics obtenues en conditions contrôlées établira une description mécanistique détaillée des interactions. Ensuite, la plasticité des interactions sera étudiée en remplaçant L. lactis par d'autres partenaires microbiens et en modifiant les paramètres environnementaux afin de comparer les réseaux d'interactions résultants. Ce projet devrait permettre d'identifier de nouveaux mécanismes d'interactions, d'illustrer leur diversité et d'apporter des bases conceptuelles pour le contrôle rationnel des communautés microbiennes.

Les interactions microbiennes jouent un rôle central dans l'assemblage, la stabilité, le fonctionnement, la résistance et l'évolution des consortia microbiens1-4. Ces interactions reposent sur une grande diversité de mécanismes, incluant : (i) des interactions métaboliques (compétition, cross-feeding), et (ii) des interactions non métaboliques (modulation de l'environnement, antibiosis, quorum sensing, intéractions de contact, ou transfert horizontal de gènes)5. Ensemble, elles forment des réseaux complexes qui façonnent les propriétés des consortia. De nombreuses études ont mis en évidence le rôle majeur des interactions métaboliques, mais les interactions métaboliques secondaires ainsi que les interactions non métaboliques restent encore peu explorées. Par conséquent, notre connaissance et compréhension des interactions microbiennes, de leurs rôles et de leur organisation restent largement incomplète et de nombreuses questions demeurent : Peut-on obtenir une description exhaustive d'un réseau d'interactions ? Quels sont les paramètres qui déterminent les interactions ? Pour répondre à ces questions, ce projet de thèse s'appuiera sur un consortium modèle dont il caractérisera finement l'ensemble des mécanismes interactionnels et évaluera leur plasticité en réponse à des variations de partenaire biologique ou de paramètres environnementaux.

L'objectif principal de ce projet et d'obtenir une compréhension approfondie des interactions au sein de consortia microbiens. Il est construit autour des 2 sous-objectifs : 1- une description exhaustive des mécanismes interactionnels dans une coculture modèle : le consortium E. coli-L. lactis 2- l'analyse de la plasticité de ces interactions en réponse à des modifications environnementales ou d'espèces afin d'identifier des paramètres généraux qui gouvernent la mise en place de ces interactions.

Le projet reposera sur une approche de biologie des systèmes combinant fermentation, acquisition et intégration de données multi-omics et modélisation. Pour caractériser les interactions du consortium E. coli-L.lactis, nous établirons, à partir des travaux précédents du co-encadrant6-8, une méthodologie systémique qui vise à intégrer des données de génomique, transcriptomique et métabolomique obtenues en mono et cocultures. Cette méthodologie sera ensuite utilisée pour la production de nouveau réseaux d'interactions dans des cocultures impliquant E. coli et différents partenaires et environnements. Les nouveaux partenaires seront choisis afin de couvrir une large diversité métabolique et phylogénétique et les contextes environnementaux se rapprocheront de contextes d'application biotechnologiques pertinentes. Des approches de modélisation statistiques permettront de comparer les réseaux interactionnels obtenus et d'identifier des paramètres importants dans la mise en place des interactions (distance phylogénétique, composition du milieux etc...).

Microbiologie, Expérience préliminaire en fermentation, biologie moléculaire (clonage, PCR, ADN/ARN extraction), statistiques et analyses bio-informatiques (analyses de genomes, séquençage, RNASeq).