Thèse CD - Impact de la Microgravité Simulée sur la Résistance des Champignons aux Antifongiques et Analyse des Mécanismes Moléculaires Associés H/F

Université de Lorraine

Établissement : Université de Lorraine
École doctorale : BioSE - Biologie Santé Environnement
Laboratoire de recherche : SIMPA - Stress, Immunité, Pathogènes
Direction de la thèse : Anne DEBOURGOGNE ORCID 000000021240856X
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-06-09T23:59:59

Les missions spatiales de longue durée exposent les astronautes à de potentielles infections fongiques en raison de la présence de champignon dans l'environnement mais aussi dans les mycobiotes. De plus, la microgravité affaiblit l'immunité et influence le comportement des champignons et notamment leur virulence. La problématique de ce projet concerne l'impact de la microgravité simulée (via le modèle de la random positionning machine) sur la résistance des champignons aux antifongiques et leur réponse au traitement. Les objectifs incluent l'évaluation des concentrations minimales inhibitrices vis-à-vis des principales classes d'antifongiques, de la réponse au traitement in vivo dans le modèle Galleria mellonella, de l'induction de résistance et des mécanismes moléculaires associés. Afin d'explorer les deux modalités de contamination, Candida albicans et le complexe d'espèces Fusarium solani seront étudiés. Les retombées concernent à la fois la santé spatiale et la compréhension des résistances fongiques dans les mycobiotes humains avec des caractéristiques physiques proches de la microgravité.

A l'heure où Sophie Adenot participe à la mission Epsilon, la question de la Santé dans des conditions extrêmes telles que l'Espace est au coeur des problématiques avec encore de nombreuses zones d'ombres, notamment dans le domaine des infections fongiques.
Dans l'hypothèse de vol ou séjour long dans l'Espace, le risque d'infections fongiques est avéré. En effet, lors de campagnes de détection des micro-organismes présents au niveau de la station spatiale internationale (ISS), des champignons ont été isolés tels que les genres Penicillium, Aspergillus, Fusarium, Rhodotorula et Cryptococcus [1]. De plus, le spationaute ou le potentiel voyageur présente des champignons et notamment des levures du genre Candida dans ces différents mycobiotes (digestifs, uro-génital, cutané). En termes d'immunité, il est désormais connu que les conditions spatiales induisent une diminution de la réponse immunitaire [2]. Ces différents éléments de l'équation montrent donc l'intérêt de s'intéresser aux champignons et aux infections fongiques dans l'Espace. De manière globale, l'incidence des maladies infectieuses a été estimée à 3,4 événements par année de vol jusqu'en 2016, mais sur une population relativement limitée de spationautes entrainés et en excellente santé [3].
Dans l'Espace, les contraintes physiques sont essentiellement les radiations cosmiques et la microgravité. Dans nos travaux, notre attention se porte uniquement sur la microgravité dans la mesure où les modèles utilisés sont des plateformes au sol simulant des modifications de la gravité, disponibles au sein de la plateforme GEPAM de l'université de lorraine et notamment la Random Positionning Machine (RPM) [4]. Cette notion d'adaptation du champignon à la microgravité est essentielle dans les problématiques spatiales mais aussi pour mieux comprendre les modifications physiologiques au sein de différents territoires de l'organisme. En effet, il a été montré que les conditions de microgravité simulée sont un modèle pertinent pour les niches écologiques environnementales que les micro-organismes rencontrent naturellement dans les milieux terrestres où les forces de cisaillement du fluide sont réduites sur les surfaces cellulaires tels que les microvillosités de la bordure en brosse des cellules épithéliales. Ces zones sont retrouvées chez l'Homme au niveau des tractus gastro-intestinal, respiratoires et urogénital, territoires hébergeant des champignons commensaux ou pathogènes [5].
Dans ces conditions de microgravité, des modifications phénotypiques et moléculaires sont décrites pour les champignons. Chez Candida albicans, des changements de modalités de bourgeonnements, des phénomènes d'aggrégations des levures et une augmentation de la filamentation sont observées associées à des modifications de l'expression de plusieurs gènes associés à des fonctions clefs pour la cellule [6,7]. Notre équipe a travaillé sur le champignon filamenteux Fusarium, précédemment retrouvé dans l'ISS et ayant pu infecter une plante dans cet environnement [8,9]. En condition de microgravité simulée, il a été montré une augmentation de la croissance, de la production de spores, de la germination alors que la production de biofilm était diminuée [10]. La virulence de ce champignon a été évaluée via le modèle Galleria mellonella et une mortalité accrue est décrite dans ces conditions [Cottrel et al., 2026, under review]. Cette virulence augmentée a également été décrite chez Aspergillus fumigatus, moisissure présente dans l'ISS [11].
Ces différents éléments nous orientent naturellement vers la problématique de la réponse des champignons aux traitements antifongiques dans ces conditions et à la résistance. Peu de données sont disponibles dans la littérature même dans le monde bactérien. Des données contradictoires sont observées pour Escherichia coli et Staphylococcus aureus [5,12]. En mycologie, une seule levure a déjà été étudiée C. albicans, vis-à-vis de peu de molécules d'antifongiques avec des technologies variées (majoritairement de la cytométrie en flux) avec des résultats contradictoires sur une résistance accrue ou non [13-16].

L'objectif principal est de décrire les variations de CMI d'un champignon donné vis-à-vis d'une molécule antifongique donnée en condition de microgravité simulée par rapport à la condition contrôle de normogravité.
Les objectifs secondaires sont les suivants :
-Evaluer la réponse au traitement en condition de microgravité simulée par rapport à la normogravité chez des larves de Galleria mellonella présentant une infection fongique invasive.
-Evaluer comparativement en fonction des conditions de gravité la capacité d'induction de résistance du champignon en présence de concentrations sub-inhibitrices d'antifongiques
-Décrire comparativement en fonction des conditions de gravité les mécanismes moléculaires impliqués dans la résistance du champignon aux antifongiques

Les modèles utilisés dans ce projet seront les suivants :
-Souches fongiques
oCandida albicans (levure représentant le mode de contamination endogène via les mycobiotes)
Souches de référence et souches cliniques avec un profil sauvage de sensibilité aux antifongiques
Souches présentant des résistances aux principales classes d'antifongiques
oComplexe d'espèces Fusarium solani (champignon filamenteux représentant la contamination environnementale)
Souches cliniques et environnementales référencées présentant des CMI variables au voriconazole
-Random positionning machine (RPM)
oSystème permettant de simuler la condition gravitaire de l'Espace proche de 0 g
oSystème disponible sur la plateforme GEPAM
-Modèle invertébré Galleria mellonella
oModèle permettant l'étude de la virulence, de la réponse au traitement de différents micro-organismes
oModèle non soumis à la réglementation de l'expérimentation animale (cependant le responsable scientifique dispose du DU d'expérimentation animale)

Les travaux se divise en 4 axes principaux.
Dans l'ensemble des expérimentations, la condition test sera réalisée en microgravité simulée via la RPM et la condition contrôle sera identique en situation de normogravité à 1 g (gravité terrestre).

1)Détermination des concentrations minimales inhibitrices (CMI) en microgravité simulée
Les CMI seront déterminées pour les deux champignons étudiés vis-à-vis des molécules antifongiques suivantes (représentatives des principales classes d'antifongiques et en lien avec les applications cliniques) :
-Candida albicans : fluconazole, caspofungine, amphotéricine B
-Complexe d'espèces Fusarium solani : voriconazole, amphotéricine B
Deux types de méthodologies seront utilisées, d'une part, la détermination en bandelettes à gradient de concentration (ou E-test) et d'autre part, les dilutions en milieu liquide en tube avec lecture de la densité optique.
Les techniques de référence en microplaques type CLSI ou EUCAST seront difficilement compatibles avec la RPM.

2) Réponse au traitement chez Galleria mellonella
Les souches fongiques et les molécules antifongiques décrites précédemment seront également utilisées dans cette partie d'expérimentation in vivo.
Les larves de Galleria mellonella seront infectées par la souche fongique d'intérêt par injection et deux heures plus tard, l'antifongique étudié sera injecté à deux niveaux de concentration (en lien avec les posologies usuelles). Les différents groupes de larves seront incubés à 37°C en condition de microgravité simulée ou non et la mortalité sera évaluée quotidiennement sur 5 jours.

3) Induction de résistance in vitro
Une induction de résistance sera stimulée dans les deux conditions de gravité en milieu solide sur des géloses présentant des concentrations sub-inhibitrices d'antifongiques et en milieu liquide avec des concentrations croissantes d'antifongiques. Les souches résistantes obtenues bénéficieront d'une extraction de leurs acides nucléiques (ADN et ARN) pour une exploration des mécanismes mis en jeu.

4) Mécanismes moléculaires de résistance
Différents mécanismes de résistance déjà décrits vis-à-vis de ces couples levure ou filamenteux et molécule antifongique seront explorés au niveau basal sur les souches disponibles (après culture en normo ou microgravité) et après les expérimentations d'induction.
Pour Candida albicans, des mécanismes d'efflux seront explorés via la mesure de l'expression des gènes CDR1 ou TAC1 et des mécanismes de modification de la cible telle que FKS1 ou ERG11 par altération, surexpression ou modification de la régulation.
Pour le complexe d'espèces Fusarium solani, la cible CYP51A sera étudiée en termes de mutation ou d'expression.
La priorité sera mise sur le couple champignon - classe d'antifongiques où des différences importantes de sensibilité ou des inductions préférentielles de résistance auront été obtenues.

Les critères de jugement utilisés seront respectivement les CMI, la mortalité chez Galleria mellonella, le délai d'induction de la résistance et enfin le nombre de mutations ou le niveau d'expression du gène d'intérêt analysés de manière différentielle entre les deux conditions de gravité pour un couple donné champignon - antifongique.
En fonction de la complexité des analyses statistiques, celles-ci seront soit réalisées par le doctorant et le responsable scientifique grâce au logiciel GraphPad, soit un accompagnement d'un biostatisticien sera demandé.

Avant de débuter chaque grand axe, une analyse des risques à priori pourra être menée afin d'identifier les points de vigilance et de mettre en oeuvre le plan d'action avec les mesures préventives et correctives à mettre en oeuvre pour limiter les risques.