Découverte et synthèse bactérienne de nouvelles molécules antibiotiques et caractérisation de leurs modes d'action

par Cécile Jacry

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

Sous la direction de Matthieu Jules et de Anne-Gaëlle Planson.

Thèses en préparation à Paris Saclay , dans le cadre de École doctorale Structure et Dynamique des Systèmes Vivants (Gif-sur-Yvette, Essonne) , 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 01-01-2017 .


  • Résumé

    Le projet de thèse s'inscrit dans les thématiques de Biologie de Synthèse, et plus particulièrement dans les domaines d'ingénierie du génome et d'ingénierie métabolique. L'objectif de la thèse est de construire des châssis bactériens de production de flavonoïdes. Les flavonoïdes représentent une vaste famille de composés (d'intérêt industriel et à forte valeur ajoutée) dont les membres connus montrent différentes activités antibactériennes (à l'encontre des bactéries à Gram positif en particulier), antioxydantes, anticancéreuses, etc. Les organismes modèles des bactéries à Gram négatif et à Gram positif, respectivement Escherichia coli et Bacillus subtilis, seront utilisés au cours de cette thèse avec des objectifs différents. Dans un premier temps, il s'agira d'implémenter au laboratoire des méthodes existantes d'ingénierie du génome à haut débit pour E. coli. Ces méthodes serviront à intégrer différentes voies de biosynthèse de flavonoïdes dans le génome d'E. coli jusqu'à produire des molécules dérivées non encore étudiées et dont les activités sont encore à découvrir. Après identification des molécules produites, dérivées des flavonoïdes connus, nous nous focaliserons sur celles présentant des activités antibactériennes. Pour cela, nous mettrons en œuvre le cycle "Design-Build-Test-Learn" utilisé en Biologie de Synthèse. B. subtilis sera alors utilisé comme cible pour tester la toxicité des composés biosynthétisés. Dans un second temps, nous utiliserons B. subtilis comme souche de production de certains composés des composés précédemment identifiés. Cette souche de B. subtilis aura été au préalable évoluée pour l'acquisition de caractères de résistance vis-à-vis de la toxicité des composés dérivés de flavonoïdes. B. subtilis présente l'avantage d'être un organisme GRAS (Generally Recognized As Safe) par rapport à E. coli, et représente donc un atout pour une production industrielle. Nous possédons par ailleurs au sein de l'équipe l'ensemble des outils nécessaires à la transplantation d'un circuit synthétique et à son optimisation chez B. subtilis. Enfin, l'objectif de cette partie est principalement d'identifier par approches globales les cibles de ces nouvelles molécules chez les bactéries à Gram positif afin de développer à l'avenir de nouvelles molécules antibiotiques contre lesquelles l'occurrence de bactéries multi-résistantes sera fortement réduite. Le projet allie à la fois des développements méthodologiques d'ingénierie et de la recherche fondamentale concernant les mécanismes de résistance acquis par B. subtilis, et devrait se conclure sur une application à retombée industrielle.

  • Titre traduit

    Discovery and bacterial synthesis of novel antibiotics and characterization of their mode of action


  • Résumé

    The PhD project belongs to the synthetic biology field, and more precisely to the domains of genome engineering and metabolic engineering. The objective of this project is to construct bacterial chassis for flavonoid production. Flavonoids are a large family of compounds of industrial interest. They have antibacterial activities (against Gram positive), antitumor or antioxidant activities. The model organisms of the Gram negative and Gram positive bacteria, Escherichia coli and Bacillus subtilis respectively, will be used in this project. First, high throughput genome engineering methodologies for E. coli will be implemented in the laboratory. These methodologies will serve to integrate the biosynthetic pathways of flavonoids in the E. coli genome with the aim to produce novel compounds, yet unknown, derivatives from known flavonoids. Following the identification of the produced derivatives, we will focus on the molecules with antibacterial activities. We will use the "Design-Build-Test-Learn" cycle commonly used in synthetic biology. B. subtilis will then be used as a target to test the toxicity of the biosynthesized compounds. Second, we will use B. subtilis as a production strain for some previously identified derivatives. This B. subtilis strain will have been previously evolved to become resistant against flavonoids. B. subtilis has the advantage over E. coli to be a GRAS (Generally Recognized As Safe) organism and is a valuable asset for an industrial production. Moreover, we have within the group the molecular tools necessary for the transplantation of synthetic circuits and for its optimization in B. subtilis. Finally, the objective for this part of the project is to identify the targets of these novel molecules in the Gram positive bacteria using global approaches, to develop novel antibiotics for which the occurrence of multidrug-resistant bacteria will be reduced. The project combine development of engineering methodologies and fundamental research on resistance mechanisms acquired by B. subtilis, and should lead to an industrial application.