Thèse Étude des Interactions Moléculaires de Peptides Antimicrobiens avec des Cibles Bactériennes H/F

Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université Grenoble Alpes École doctorale : CSV- Chimie et Sciences du Vivant Laboratoire de recherche : Institut de Biologie Structurale Direction de la thèse : Claire DURMORT ORCID 0000000153625061 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-05-18T23:59:59 En Europe, résistance aux antibiotiques est responsable de 35 000 décès par an, avec une augmentation annuelle de 5 à 15 % des souches résistantes selon les régions. Le coût économique est colossal : 1,5 milliard d'euros en Europe, 55 milliards de dollars aux États-Unis, et pourrait dépasser les 100 000 milliards d'euros à l'échelle mondiale d'ici 2050. Pour faire face à cette crise, le CDC recommande trois actions principales : prévenir les infections, développer de nouveaux antibiotiques et détecter rapidement les épidémies.
Parmi les solutions émergentes, les peptides antimicrobiens (AMP) sont particulièrement prometteurs. Contrairement aux antibiotiques conventionnels, la plupart des AMP agissent en interagissant avec les membranes bactériennes, ce qui réduit considérablement le risque de résistance par des mutations ponctuelles. De plus, ces peptides, composés d'acides aminés naturels, se dégradent in vivo sans persister dans l'environnement, ce qui constitue un avantage écologique majeur.
Le projet de thèse se concentre sur deux nouveaux peptides, PACHA 01 et PACHA 02, conçus en collaboration avec des laboratoires locaux de l'UGA. Ces peptides, testés sur des biocapteurs SPR, permettent une détection rapide des bactéries Gram-positives et Gram-négatives, malgré leurs enveloppes cellulaires très différentes. Étonnamment, ils ont également montré une activité antibactérienne significative sur ces deux familles bactériennes, couvrant ainsi avec succès deux des trois domaines prioritaires du CDC.
Pour faire progresser le développement d'AMP actifs et lutter contre la résistance aux antimicrobiens, il est urgent de comprendre les mécanismes sous-jacents aux propriétés bactéricides des peptides PACHA 01 et PACHA 02. Comme ces AMP actifs sont efficaces contre les bactéries Gram-positives et Gram-négatives, on peut raisonnablement s'attendre à des modes d'action différents selon la composition de l'enveloppe cellulaire bactérienne. L'accès à ces connaissances nécessite donc des approches dédiées et complémentaires. L'étude des interactions des peptides avec la surface de bactéries à Gram + sera réalisée par microscopie à fluorescence. L'analyse structurale des peptides antimicrobiens en interaction avec des bicouches lipidiques sous forme de nanodisques sera obtenue par des expériences de diffusion de neutrons (SANS). Les résultats obtenusus devraient jeter les bases d'une nouvelle génération de peptides, dont les activités - en tant qu'antibiotiques contre des cibles biomédicales dans la résistance aux antimicrobiens et en tant que ligands dans des biocapteurs de pathogènes - seront évaluées dans le cadre du projet.
Contrairement aux générations précédentes de molécules antibiotiques, les peptides antimicrobiens n'agissent pas par le biais d'une interaction biomoléculaire de type « clé-serrure ». Ils agissent plutôt par le biais d'interactions hydrophobes, électrostatiques ou amphiphiles avec les composants de l'enveloppe cellulaire bactérienne. Cette différence fondamentale dans le mode d'action rend beaucoup moins probable l'émergence d'une résistance liée à une seule mutation dans un récepteur bactérien ou une molécule cible, ce qui est important pour les applications envisagées. Cette propriété ouvre la voie à une action antibiotique à long terme des peptides antimicrobiens. De plus, comme ces peptides sont composés d'acides aminés naturels, ils peuvent être dégradés naturellement in vivo par des protéases et des peptidases endogènes. Ils ne seront donc pas rejetés dans l'environnement après le traitement d'un patient. Cette propriété est cruciale pour contrôler la pollution de l'eau et garantir que les peptides thérapeutiques ne persistent pas dans l'environnement. Le projet de doctorat caractérisera le mode d'action de deux nouvelles séquences de peptides antimicrobiens, PACHA 01 et PACHA 02, qui ont été conçues en collaboration avec deux autres partenaires locaux (DCM et CHU-Grenoble Alpes). Les deux séquences peptidiques ont été disposées sur des biocapteurs à résonance plasmonique de surface (SPR), aux côtés d'autres AMP, dans le but de mettre en place des alternatives rapides d'identification bactérienne selon une approche optique maison¹. Fait remarquable, les deux peptides ont permis la détection de bactéries sur les capteurs SPR, indépendamment de la classification de Gram (manuscrit en préparation), démontrant ainsi leur interaction directe avec les surfaces cellulaires bactériennes. Ces résultats sont tout à fait inattendus, car l'enveloppe cellulaire des bactéries Gram-positives et Gram-négatives est radicalement différente. En outre, des tests préliminaires menés sur ces deux peptides ont montré que leur activité est à la pointe de la technologie en termes d'activité antibiotique contre les souches Gram-positives et Gram-négatives. Le projet de doctorat vise à explorer les mécanismes d'action de peptides antimicrobiens (PACHA) sur les bactéries Gram+ et Gram-. Le projet se divise en 3 volets :
- Étude des interactions des peptides avec la surface de bactéries à Gram +, à l'IBS : Dans le cas des bactéries modèles à Gram+ (Streptococcus pneumoniae), il s'agira de mettre en oeuvre, entre autres, la microscopie à fluorescence pour identifier les cibles moléculaires reconnues par ces peptides au sein de l'enveloppe bactérienne. De manière complémentaire, la microscopie électronique pourra également être utilisée pour visualiser les sites d'interaction.
- Analyse structurale des peptides antimicrobiens en interaction avec des bicouches lipidiques, à l'ILL : Deux souches bactériennes, gram+ et gram-, seront cultivées dans des conditions de production de lipides perdeutérés. Ces lipides seront utilisés pour produire des nanodisques invisibles aux neutrons permettant l'étude spécifique des peptides antimicrobiens en interaction avec ces membranes par des expériences de diffusion de neutrons (SANS), réalisées au sein du réacteur à neutrons grenoblois (ILL). Cette approche unique permettra d'étudier la déstabilisation des membranes de bactéries à Gram+ (S. pneumoniae ou B. subtilis) et à Gram- (E. coli), induite par la présence des peptides antimicrobiens.
- Analyse des données et design d'une nouvelle génération de peptides au SyMMES : Sur la base des résultats obtenus avec la première génération de peptides actuellement entre nos mains, de nouvelles séquences peptidiques avec une activité antibiotique renforcée et des applications potentielles en biosensing seront conçues.