Laboratoire Ampère

Ecole Centrale de Lyon - INSA de Lyon – Université Claude Bernard Lyon 1
Laboratoire Ampère
Unité Mixte de Recherche du CNRS - UMR 5005
Génie Electrique, Electromagnétisme, Automatique, Microbiologie environnementale
et Applications
Bio-WAVE : Impact des champs électromagnétiques sur les communautés bactériennes.
Laboratoire : Ampère, UMR CNRS 5005
Domaine scientifique principal : Bio-ingéniérie
Domaine scientifique secondaire : électromagnétisme et modélisation systémique
Mots clés (5 max) : ondes, mécanismes d’adaptation, microbiologie, « meta-omics », modélisation
système
Directeurs de thèse et comité d’encadrement
Directeur de thèse : VOGEL Timothy M. – [e-mail]
Comité d’encadrement : LAROSE Catherine , BREARD Arnaud, VOYER Damien
Départements concernés
-Bio-ingéniérie, M.I.S.
Groupes concernés
-Génomique Microbienne Environnementale, MMC
Collaboration(s)/partenariat(s) extérieurs
-IRSN Institut de Radioprotection et de Sûreté Nucléaire (Paris, France)
Contexte Scientifique (5 lignes max)
L’impact des ondes de type électromagnétiques (EM), de basse fréquence (BF) et radiofréquence
(RF), des UV et de la radioactivité sur les organismes supérieurs a été largement investigué et reste
l’objet de controverses, car la sensibilité de ces derniers peut varier d’un organisme à l’autre. En
raison de leur sensibilité aux changements environnementaux et leur capacité d’adaptation, les
microorganismes peuvent être considérés comme étant les meilleurs indicateurs d’exposition et
d’impact aux ondes, mais tout reste à faire dans ce domaine.
Objectif de la thèse, verrous scientifiques et contribution originale attendue (1 page max)
Soumises à un stress, les cellules microbiennes peuvent répondre en modifiant leurs génomes
(mutations, changement de phases, mouvement de séquences d’insertion et de transposons,
acquisition d’ADN exogène) mais aussi en activant ou réprimant des gènes particuliers (e.g.
réparation). Si les communautés microbiennes présentent un fort potentiel adaptatif face à un stress,
l’impact d’un stress radiatif sur le fonctionnement global de ces communautés demande à être étudié.
Notre objectif dans cette proposition de thèse « bio-WAVES » est de combiner les compétences
pluridisciplinaires réunies au sein du laboratoire Ampère, en collaboration avec l’IRSN – Institut de
Radioprotection et de Sûreté Nucléaire (Paris, France) - afin caractériser l’impact des ondes sur
l’adaptation des microorganismes du sol. Ce travail impliquera le développement de systèmes
d’ingénierie, par une collaboration entre les Départements Bioingénierie (Catherine Larose co
encadrante) et M.I.S. (Damien Voyer et Arnaud Bréard, co-encadrement) du laboratoire Ampère,
pour exposer des microorganismes à des charges ionisantes et non-ionisantes. La très vaste gamme
d’outils disponibles que constituent les sciences en « omics » (génomique, transcriptomique,
protéomique) en font un modèle très pertinent pour déterminer, à l’échelle de la communauté,
l’impact de ces perturbations. Ces approches en « omics » et « meta-omics » vont permettre
d’aborder le volet mécanistique de l’évolution et de l’adaptation microbienne, l’importance du transfert
horizontal de gènes, l’utilisation de populations rares stimulées par de nouvelles conditions
environnementales, ou encore l’expression sélective de gènes adaptatifs.

Programme de recherche et démarche scientifique proposée (1/2 page max)
Pour atteindre ces objectifs, l’étudiant effectuera diverses expériences en microcosme visant à
étudier les effets des ondes sur les communautés microbiennes du sol : électromagnétiques (EM), de
basse fréquence (BF) et radiofréquence (RF), des UV et de la radioactivité. Toutes les expériences,
sauf pour la radioactivité qui va s’effectuer à l’IRSN, seront conduites au laboratoire Ampère. Pour les
microcosmes, un sol de référence, issu de la parcelle « Park-grass», située sur la station
expérimentale de Rothamsted, au Royaume Uni, sera utilisé. Ce sol a en effet déjà été l’objet de plus
d’une cinquantaine d'analyses métagénomiques en vue d'établir le séquençage le plus exhaustif
possible du génome des différents micro-organismes. Nous proposons de monter des microcosmes
de ce sol très bien décrit et de les irradier, soit à Lyon, soit à l’IRSN, selon un gradient croissant de
débit de dose. L’extraction et le séquençage d’ADN et d’ARN devrait permettre d’étudier par les
techniques « meta-omics » la réponse des bactéries du sol à l’irradiation et ainsi d’évaluer si ces
données renseignent sur les stratégies de résistance aux différents rayonnements.
Enfin, la construction d’une base de données issue de ces expériences devra permettre d’établir la
possibilité ou non de construction d’un modèle de type boîte noire dans lequel les entrées sont les
sollicitations et les sorties les observables par des techniques « meta-omics » sus citées. La base de
données servira de base d’apprentissage et le modèle pourra être implanté informatiquement à partir
de techniques telles que les réseaux de neurones, la SVR … Dans cette optique, le département MIS
qui a déjà en charge dans ce projet l’activité relative à l’irradiation EM BF et RF apportera son
expertise en modélisation de systèmes dont la complexité interdit toute approche par modèle de
connaissance.
Principales étapes proposées (planification)
Le programme de recherche proposé est le suivant et s’échelonne sur une durée totale de 36 mois :
1. Phase préparatoire (Ampère, 4 mois) : Bibliographie et acquisition des compétences.
2. Développement d’un système d’exposition pour les expériences avec les ondes
électromagnétiques (EM), de basse fréquence (BF) et radiofréquence (RF) et des UV avec
Damien Voyer et Arnaud Bréard et pré-tests (Ampère, 4 mois).
3. Phase d’expérimentation en microcosmes (à Ampère (EM, BF, RF et UV) et à l'IRSN (pour la
radioactivité), 14 mois) avec exposition de communautés bactériennes pour identifier leur
stratégie d’adaptation aux ondes.
4. Phase d’interprétation et d’analyse des résultats (à Lyon, 8 mois) avec traitement
biostatistique des résultats du séquençage, recherche d’apparition ou disparition de signaux
génomiques, rédaction d’articles scientifiques.
5. Etude des résultats (base de données expérimentale) pour évaluer l’opportunité de
l’élaboration d’un modèle de type « boîte noire » (2 mois).
6. Rédaction de thèse (4 mois).
Profil du candidat recherché (prérequis) : De préférence de profil Master recherche et possédant
de solides bases en microbiologie, le candidat devra démontrer un fort intérêt pour le travail
interdisciplinaire, s’intégrer dans des équipes de différentes cultures, être autonome, savoir prendre
des initiatives, rédiger et présenter de manière synthétique. Étant donné la prédominance du travail
expérimental, le candidat disposera d’un gout prononcé pour la conduite d’essais expérimentaux.
Compétences développées au cours de la thèse et perspective professionnelle (5 lignes max)
Conception, expérimentation, présentation à partir des données bibliographiques avec le
développement des hypothèses. Expérience multidisciplinaire : microbiologie, électromagnétisme et
modélisation systémique.
Perspective d’emploi dans la recherche publique et dans l’industrie des biotechnologies.