Décoder les mécanismes moléculaires sous-jacents à l'allocation dynamique des ressources chez la bactérie par une approche couplant modélisation et expérimentation.

par Claire Baudier

Projet de thèse en Sciences de la vie et de la santé

Sous la direction de Stéphane Aymerich et de Vincent Fromion.

Thèses en préparation à Paris Saclay , dans le cadre de Structure et Dynamique des Systèmes Vivants , en partenariat avec MICALIS- Microbiologie de l'Alimentation au service de la santé humaine (laboratoire) et de Université Paris-Sud (établissement de préparation de la thèse) depuis le 01-10-2014 .


  • Résumé

    Quels mécanismes régissent l'adaptation dynamique de la bactérie (ajustement du taux de croissance et optimisation de l'allocation des ressources) à des perturbations nutritionnelles ? Le mécanisme clé qui redirige l'expression génique (transcription et traduction) durant un appauvrissement nutritionnel, est appelé « réponse stringente » et repose sur des boucles de rétroaction comprenant RelA (et SpoT) et deux métabolites, le GTP et le (p)ppGpp. Pourtant la manière dont la cellule coordonne sa réponse globale à un changement de conditions de croissance reste indéterminée. Le projet de doctorat vise à démontrer que ces boucles agissent comme des «contrôleurs » en redirigeant l'expression génique (et donc l'allocation des ressources) lors d'appauvrissement ou d'enrichissement nutritionnels. Ces régulations seront étudiées en développant un modèle dynamique, non linéaire dont les paramètres seront déterminés expérimentalement en perturbant les boucles de régulation contrôlant le taux de croissance. L'influence du GTP sur l'initiation de la transcription en fonction du taux de croissance sera quantifiée en utilisant des souches synthétiques de B. subtilis. In fine, les mécanismes à l'origine de l'allocation des ressources chez les bactéries seront élucidés et modélisés. De futurs travaux pourraient concerner la modélisation stochastique de l'expression génique.

  • Titre traduit

    Model-driven elucidation of the mechanisms responsible for dynamic resource allocation in bacteria


  • Résumé

    Which mechanisms govern bacterial dynamic adaptation (optimal growth rate adjustment and resource allocation) to nutritional perturbations? The key mechanism, which redirects gene expression (transcription and translation) during nutritional downshifts is known as the “stringent response” and relies on feedback loops involving RelA (and SpoT) and two key metabolites, GTP and (p)ppGpp. Nevertheless, how the cell coordinates its global response to changing growth conditions remains unclear. The PhD project aims at demonstrating that the previously mentioned loops act as "a controller", which allows rerouting genome-wide expression (and thus resource allocation) when cells face nutritional perturbations (up and down-shifts). These regulations will be investigated by developing a dynamic, knowledge-based, nonlinear model whose parameters will be experimentally determined by disrupting the regulatory loops controlling growth rate. The influence of GTP on transcription initiation as a function of the growth rate will be quantified through synthetic genetic constructs in B. subtilis. In fine, mechanisms responsible for bacterial resource allocation will be modeled and elucidated, and future directions might involve stochastic modeling of gene expression.