Modélisation multi-échelle de biomatériaux pour des problématiques expérimentales

Multi-scale modeling of biomaterials to solve experimental issues

• Auteur / Autrice : Jérémy Touzeau
• Direction : Florent Barbault, Mahamadou Seydou
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie. Chimie Théorique et Modélisation
• Date : Soutenance le 03/12/2018
• Etablissement(s) : Sorbonne Paris Cité
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Chimie physique et chimie analytique de Paris Centre (Paris ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Université Paris Diderot - Paris 7 (1970-2019)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Interfaces, Traitements, Organisation et Dynamique des Systèmes (Paris ; 2001-....)
• Jury : Président / Présidente : François Maurel
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Florent Barbault, Mahamadou Seydou, François Maurel, Isabelle Demachy, Isabelle Navizet, Hazar Guesmi, David Rinaldo
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Isabelle Demachy, Isabelle Navizet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Simulation de docking moléculaire

Modèles moléculaires

Modèles mathématiques

Molécules

Analyse multiéchelle

Simulation de docking moléculaire

Dynamique moléculaire

Biocapteurs

Mots clés libres

Modélisation Moléculaire

Biocapteurs

Revêtements Antimicrobiens

Dynamique Moléculaire

Docking

Multi-échelle

Modélisation quantique

Molecular Modeling

Biosensors

Antimicrobial coating

Molecular Dynamics

Molecular Docking

Multi-scale

Quantum mechanic

Résumé

La confection de dispositifs impliquant des biomolécules, notamment dans le cadre de la détection (biocapteurs) ou de la protection contre des pathogènes (revêtements antimicrobiens), compte toujours un grand nombre d’interrogations notamment à l’échelle atomique. Dans ce contexte, nous avons utilisé les outils de la modélisation moléculaire afin de réaliser des études multi-échelles (à la fois en quantique et en mécanique moléculaire) pour étudier des systèmes (expérimentaux) impliquant des biomolécules et solutionner des problématiques. L’étude a été menée au sein de deux projets. Dans le cadre du premier d’entre eux, nous nous sommes tout d’abord intéressé à l’optimisation d’un biocapteur impliquant un transistor à effet de champ de type EGOFET, en nous concentrant plus particulièrement sur le canal semi-conducteur du transistor. Dans un second temps, nous avons réalisé une étude autour de l’interaction biologique et spécifique du biocapteur. Dans le cadre du second projet, nous nous sommes intéressés à un revêtement antimicrobien. Celui-ci s’appuie sur le greffage d’un peptide comportant une séquence d’accroche, une séquence antimicrobienne ainsi qu’un site clivable par une enzyme spécifique au pathogène que l’on souhaite traiter. En présence de ce dernier uniquement, le peptide antimicrobien est ainsi libéré dans le milieu. Bien que ce système fonctionne parfaitement en solution, ses propriétés bactéricides sont perdues lorsqu’il est greffé sur une surface, une étape indispensable pour une utilisation dans le domaine biomédicale. Nous avons ainsi étudié ce système grâce à la modélisation moléculaire afin de comprendre la perte de ces propriétés.

The tailoring of devices involving biomolecules, for applications such as the detection (biosensors) or protection against pathogens (antimicrobial coats), still introduce several interrogations at an atomic point of view. In this context, we used molecular modelling tools in order to realize multi-scale studies (quantic level and molecular mechanics level) about experimental systems and solve issues. We interested in two projects. In the first one, we firstly focused on biosensor involving filed effect transistor (EGOFET type), by studying the optimization of the semi-conductor channel. Then we interested in the specific biological interaction of the biosensor. In the second one, we interested in an antimicrobial coat. This device is composed by a peptide containing three parts: an anchoring one, a cleavable one which can be cut specifically by a surface protease of the target and so, release the last peptide in the area which involves antimicrobial properties. The system is very efficient in solution but when it’s grafted on a surface, antimicrobial properties disappear. Consequently, we used molecular modelling tools in order to prospect those antimicrobial properties loss.