Thèse Identification les Mécanismes Moléculaires Impliqués dans les Interactions Levures-Bactéries par une Approche Intégrant Biologie Physique et Méthode d'Apprentissage 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 : Jean-Pascal CAPP
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-06-01T23:59:59

Les interactions microbiennes jouent un rôle essentiel dans la dynamique des écosystèmes. Parmi celles-ci, les interactions entre les bactéries et les cellules de levure présentent un intérêt particulier en raison de leur importance en santé animale et humaine pour la protection contre les maladies infectieuses causées par des bactéries entéropathogènes. Nous avons récemment démontré par l'emploi de la cytométrie en flux couplé à l'imagerie que l'adhésion des bactéries aux levures est un processus rapide et quasi-irréversible, impliquant les pili de type 1 chez la bactérie, alors que le manteau de mannoprotéines de la paroi des levures ne semble pas être le seul élément contribuant à leur attachement. Le projet de thèse a comme objectif d'élucider les mécanismes moléculaires d'interaction bactéries-levure selon d'une part une approche biophysique qui visera à caractériser et à quantifier les forces nanomécaniques de ces interactions, et d'autre part à identifier les composants et/ou l'organisation moléculaire de la paroi des levures impliquée dans l'attachement de la bactérie à la levure.

Les interactions microbiennes jouent un rôle essentiel dans la dynamique des écosystèmes (1). Parmi celles-ci, les interactions entre bactéries et levures présentent un intérêt particulier en raison de leur importance dans divers domaines, notamment en santé animale et humaine pour la protection contre les maladies infectieuses causées par des bactéries entéropathogènes. Cette notion de protection a conduit au développement de probiotiques définis comme des micro-organismes vivants qui sont administrés en quantités adéquates pour conférer un bénéfice sanitaire à l'hôte ou des paraprobiotiques définis comme des micro-organismes non viables ou des fractions cellulaires qui confèrent un avantage sanitaire à la cellule hôte (2). Les mécanismes d'adhésion des bactéries aux levures ou à leurs produits (parois cellulaires, levures inactivées, etc.) ne sont à ce jour pas connu notamment parce il n'existe pas de méthode simple, robuste quantitative pour aborder cette question, et pouvant le cas échéant être employée dans un format à haut débit pour le criblage de candidats favorisant ou inhibant cette interaction. Nous avons récemment résolu cette importante lacune en démontrant que la cytométrie en flux, couplée à l'imagerie, est l'outil approprié pour satisfaire ces critères. La puissance de cette méthode réside dans sa capacité à acquérir des données quantitatives sur un très grand nombre de cellules individuelles, permettant d'analyser des sous-populations complexes en fonction de paramètres morphologiques, et de corréler ces données visuellement afin d'analyser l'interaction au niveau de la cellule unique. En effet, comme les bactéries et les levures sont de taille très différente, il est possible de les distinguer dans la suspension en fonction de leur taille, forme et granularité. De plus, les bactéries sont rendues fluorescentes grâce à l'expression d'une gène codant une protéine fluorescente ce qui permet de les quantifier et de les visualiser directement à la surface des cellules de levures. Nous avons donc établi les conditions pour la mesure précise et quantitative de l'adhésion des bactéries aux cellules de levure, ce qui nous a conduit à montrer que l'adhésion est un processus rapide, apparemment irréversible car ne pouvant pas être antagonisé par ajout d'un large excès de bactéries non fluorescentes ou par de nombreux lavages en présence de forte concentration en sucres (type mannose). De plus, nous avons montré que les bactéries s'attachent aux levures via l'adhésine FimH, une protéine située à l'extrémité du pili de type 1, et qui reconnait les résidus mannose des glycoprotéines épithéliales formant une liaison de type catch-bond' (3). Par contre, nos travaux montrent que la couche externe de la paroi des levures formé par le manteau de protéines fortement mannosylées (mannoprotéines) ne semblent pas être le seul élément contribuant à l'attachement des bactéries.

Le projet de thèse porte sur l'élucidation des mécanismes moléculaires d'interaction entre les bactéries et les levures selon deux approches complémentaires. La première portera sur la caractérisation des propriétés nano-mécaniques et quantification des forces d'interaction entre bactérie et levure. Cet objectif fera appel à des méthodes et techniques d'AFM. Le second objectif sera d'identifier les composants ou l'organisation moléculaire de la paroi des levures permettant l'attachement quasi-irréversible de la bactérie à la levure. Cet objectif sera abordé par le criblage de l'adhésion de bactérie à des mutants de paroi par mesure en cytométrie couplé à l'imagerie, combiné à des données biochimiques et biophysiques de la composition et structure de la paroi. Ces données hétérogènes seront ensuite traitées par des méthodes d'apprentissage qui aideront à comprendre comment s'effectuent ses interactions au niveau de la paroi des levures.

Le projet de thèse comptera deux parties. Dans la première partie, des méthodes physiques utilisant la microscopie à force atomique (AFM) en mode spectroscopie de force à l'échelle de la cellule ou de la molécule unique, permettront de décrire les mécanismes moléculaires de l'interaction. En reconstruisant protéine par protéine le fimbriae grâce à des outils de biologie moléculaire selon le processus déjà décrit (4), nous fixerons les fimbriae sur la pointe AFM via une liaison covalente en utilisant la technologie brevetée dendritip (5). Les levures quant à elles, seront solidement immobilisées dans un timbre en PDMS microstructuré (6). Cette conception technique unique et jamais réalisée à ce jour devrait nous permettre de qualifier et de quantifier l'interaction pili bactérien / levure. La seconde partie visera à identifier les composants moléculaires de la paroi de levure nécessaire à l'adhésion très forte des bactéries à celles-ci. Pour répondre à cet objectif, des mutants de paroi de levures (environ 300) seront criblés pour leur capacité à attacher les bactéries par cytométrie en flux couplée à l'imagerie. Cette analyse comparative sera complétée par des analyses des composants pariétaux, du degré de branchement et enrichissement en mannoses et par des mesures de propriétés nano-mécaniques par AFM (module de Young) sur les candidats montrant des différences d'adhésion en cytométrie. Ces données seront alors traitées par des méthodes d'apprentissage avec le concours des experts de l'institut mathématique de Toulouse pour en tirer des corrélations explicatives.

Master en Microbiologie, Biologie cellulaire ou Biophysique, avec compétence en biologie moléculaire et bonne sensibilité aux outils / méthodes mathématiques de statistiques.