Ecole Doctorale RP2E

Institut Jean
Proposition de sujet de thèse
Début : octobre 2016
1. Laboratoires d’accueil :
Laboratoire de Chimie Physique et Microbiologie pour l’Environnement
(LCPME, http://www.lcpme.cnrs-nancy.fr/lcpme)
Institut Jean Lamour (IJL, http://www.ijl.univ-lorraine.fr)
Ecole doctorale : SESAMES
Financement : Institut CARNOT ICEEL (http://www.iceel.eu/fr/accueil.html)
2. Directrice de thèse : Fabienne Quilès
Chargée de Recherche CNRS, HDR.
Contact : [email protected]
3. Co-encadrante: Halima Alem-Marchand
Maitre de conférences ENSIC-UL
Contact : [email protected]
4. Sujet : Conception de surfaces chimio-structurées pour l’étude de l’adhésion
bactérienne et du développement contrôlé des biofilms bactériens.
Les biofilms sont des communautés complexes de microorganismes englués dans une
matrice de substances polymériques extracellulaires auto-secrétées qui les protège des
agressions extérieures. Ils se forment sur la surface de la plupart des matériaux et sont à
l’origine d’importants problèmes économiques et sanitaires tant dans le secteur industriel
agroalimentaire que celui de la distribution d’eau ou encore le secteur médical et hospitalier. La
maîtrise de la formation des biofilms passe entre autre par une meilleure connaissance des
contributions physico-chimiques gouvernant les interactions de ces microorganismes avec leur
environnement proche notamment lors des étapes initiales de leur formation. L'adhésion de
cellules bactériennes sur un matériau support, étape initiale qui définit l'accumulation d'un
biofilm plus ou moins organisé est critique pour son évolution ultérieure. L'efficacité de cette
adhésion dépend, entre autres, des caractéristiques du support. Afin d’étudier ce paramètre,
une piste est de fonctionnaliser des surfaces à façon sur des épaisseurs de quelques dizaines
de nm. Lactobacillus rhamnosus GG (LGG) est une bactérie probiotique en vente libre. LGG est
reconnue pour son efficacité dans la prévention et la lutte contre plusieurs types de diarrhées
et certaines infections du système gastro-intestinal. Un des mécanismes d’action proposé est
l’exclusion ou l’inhibition de la croissance de pathogènes. L’adhésion de LGG aux cellules
épithéliales de l’intestin est un facteur important contribuant à la protection. Ainsi, une
stratégie originale consiste à développer des surfaces abiotiques à chimie et géométrie
contrôlées qui favorisent la colonisation de LGG sur des matériaux d’intérêt pour bénéficier de
son activité de lutte contre la colonisation par des bactéries pathogènes, notamment sur des
surfaces en contact avec des produits alimentaires. Il a été montré récemment que LGG est
capable de coloniser des surfaces abiotiques. Les mécanismes contrôlant le développement des
biofilms de probiotiques sont cependant très peu abordés. Les paramètres clé de cette étude
sont l’influence de la chimie et de la géométrie de la (des) surface(s) considérée(s) sur
l’adhésion et la colonisation bactériennes. Une fois l’adhésion irréversible de LGG obtenue,
sera-t-il possible d’empêcher grâce à l’ingénierie de surface développée, l’adhésion d’une
bactérie concurrente comme Escherichia coli, souvent impliquée dans les contaminations
alimentaires ?

Institut Jean
Cette thèse a donc pour objectifs de réaliser (i) une étude approfondie in situ et en
temps réel de l’adhésion et de la colonisation de LGG sur des surfaces à physico-chimie et
géométrie contrôlées ; (ii) une étude des effets de compétition entre LGG et une bactérie
servant de modèle de contaminant. Il s’agira d’élaborer dans un premier temps des surfaces
modifiées. Pour la préparation des surfaces, nous avons choisi d’élaborer des monocouches
auto-assemblées de dérivés thiols qui ont démontré une très grande stabilité et surtout la
possibilité d’apporter une fonctionnalité spécifique par greffage covalent. Pour cela, un film d’or
(par la suite d’argent) de quelques nm d’épaisseur sera déposé sur des surfaces de ZnSe et/ou
de Ge (compatibles avec des mesures dans le domaine de l’infrarouge), qui sera par la suite
modifié par le greffage de thiols en monocouche auto-assemblée. La longueur et la partie
terminale de l’alcane thiol peuvent être choisies de façon à faire varier l’hydrophobie, la densité
de charge, ou greffer ultérieurement des protéines spécifiques. Des analyses spectrales
infrarouge, Raman, et XPS seront réalisées pour caractériser ces surfaces modifiées
chimiquement. Elles seront complétées par des mesures de microscopie à force atomique (AFM,
mesures topographiques et spectroscopie de force) pour avoir la meilleure connaissance
possible de l’état des surfaces avant de les soumettre à la présence des bactéries. Ensuite, ces
surfaces seront proposées à la colonisation bactérienne dans des cellules à circulation adaptées.
La colonisation bactérienne sera suivie et caractérisée in situ, aux échelles cellulaire et
moléculaire, en fonction de la surface modifiée. Pour y parvenir, plusieurs techniques seront
combinées et associées aux techniques classiques de la microbiologie : la spectroscopie
infrarouge, la microscopie à épifluorescence et l’AFM. Cette combinaison de techniques devrait
permettre d’améliorer notre connaissance sur les mécanismes moléculaires qui sont à la base
de la formation initiale des biofilms, et ainsi nous aider à prévenir ou au moins à maîtriser la
formation des biofilms.
Profil du candidat recherché :
Titulaire d’un Master, diplôme d’ingénieur ou titre équivalent. Compétences affirmées dans les
domaines de la physico-chimie ou la physico-chime des surfaces/interfaces.
Des connaissances de base en microbiologie seraient un plus mais pas indispensables.
De bonnes aptitudes au travail en équipe et à la communication seront indispensables car pour
mener à bien ce travail, le doctorant sera amené à collaborer activement avec deux équipes
impliquées dans le projet dans deux laboratoires nancéiens à savoir le LCPME et l’IJL.
Bonne maîtrise de l’anglais écrit et oral.