Thèse Rôle d'Un Système à Deux Composants Bactériens dans l'Apparition de Phénotypes de Tolérance aux Antibiotiques H/F - 75

Établissement : Université Paris-Saclay GS Life Sciences and Health
École doctorale : Structure et Dynamique des Systèmes Vivants
Laboratoire de recherche : LBPA - Laboratoire de Biologie et Pharmacologie Appliquée
Direction de la thèse : Satoko YOSHIZAWA ORCID 0000000293338961
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-03-23T23:59:59

Notre projet a pour but d'élucider un mécanisme moléculaire nouveau permettant à la bactérie de détecter la présence de traces d'antibiotiques dans l'environnement avec comme conséquence l'apparition d'un phénotype de tolérance. La santé humaine et animale ainsi que l'environnement sont trois secteurs intrinsèquement connectés qui justifient une approche « one Health » pour combattre l'antibiorésistance (1). D'après l'organisation mondiale de la santé animale, plusieurs pays utilisent à faible dose non-thérapeutique, des antibiotiques importants pour la santé humaine afin de promouvoir la croissance des animaux. Ces usages ont des conséquences sur l'antibiorésistance (2,3). Également, des rapports alarmants indiquent que des concentrations environnementales d'antibiotiques influencent l'écologie microbienne et favorisent l'apparition de résistances (4). Il est connu qu'à des concentrations sous-inhibitrices, les antibiotiques déclenchent de faibles changements moléculaires détectables au niveau du transcriptome et du protéome par des technologies « Omics » conduisant à une réponse de la bactérie (5). Ces changements contribuent à l'apparition de phénomènes de tolérance et de résistance adaptative des bactéries face aux antibiotiques (6-8). Récemment, a été identifié un mécanisme d'afflux intracellulaire de magnésium dû à l'expression de transporteurs du Mg2+ permettant à la bactérie de survivre au stress induit par des antibiotiques (9). Cependant le mécanisme d'activation de l'expression de ces transporteurs lors d'une exposition à des antibiotiques reste inconnu. Lors de notre étude de la réponse bactérienne à une famille d'antibiotiques, nous avons découvert qu'ils activent l'expression de nombreux gènes, y compris d'un gène codant pour un transporteur membranaire du magnésium. Nos résultats suggèrent l'existence d'un mécanisme nouveau où un système de régulation à deux composants (couple senseur-régulateur) contrôle l'expression spécifique de ces gènes via une interaction directe entre ces antibiotiques et une protéine kinase membranaire (le senseur).
Le but du projet de thèse est de comprendre ce mécanisme utilisé par les bactéries pour « détecter » la présence de composés d'une famille d'antibiotiques et déclencher une réponse de tolérance antimicrobienne. En particulier il s'agira de découvrir comment le mécanisme de détection du Mg2+ intracellulaire par le ribosome (10) qui régule l'expression d'un transporteur du Mg2+ est perturbé. L'étudiant aura la possibilité d'utiliser des approches complémentaires (certaines en collaboration avec nos partenaires) de microbiologie, biochimie, biologie structurale et de technologies « omics ». Les résultats apporteront des connaissances nouvelles sur la compréhension de la résilience aux antimicrobiens et contribueront au nouveau domaine de l'IonoBiologie qui étudie comment des changements de la composition ionique de la cellule, plus particulièrement de la bactérie, régulent la physiologie et des fonctions cellulaires inattendues (11).

The project will be performed within our group in LBPA who has strong experience in the study of the interaction of antibiotics and bacteria including applied research with patents (12-15). LBPA is fully equipped to achieve the project.

The objective is to understand the mechanism by which a bacterial membrane sensor interacts directly with antibiotics to stimulate Mg2+ influx and to characterize how the Mg2+ sensor system relying on the ribosome is disrupted leading to antibiotic tolerance.

1) The proteomic analysis of cultures treated with sub-MIC concentrations of drugs has been performed on E. coli, in collaboration with our collaborator from CEA who is an expert in proteome analysis by mass spectrometry. The transcriptomic analysis has also been performed by testing multiple drugs that share structural similarities. A similar study in on going on P. aeruginosa. The upregulation levels observed in the transcriptomic analysis have been confirmed on E. coli and measured more precisely for the WT, and null mutants (on a specific set of genes) by RT-qPCR.
The results indicate that the expression mechanism of a magnesium transporter, normally regulated by the translation of its leader peptide, is altered in the presence of sub-inhibitory drug concentrations. The Ph.D. student will employ biochemical and molecular biology approaches to elucidate this altered regulatory mechanism.
2)He/she will measure cellular Mg2+content by inductively coupled optical emission spectrometry. This technique allows measuring precisely small differences in intracellular Mg2+ concentration in bacteria. This experiment will be performed on WT, and null mutant strains of the two-component system to assess the effect of the abnormal drug-induced overexpression of the magnesium transporter on cell physiology.
3) The interaction site between drugs and the sensor protein will be studied by in vivo cross-linking with a photoreactive conjugate of the antibiotic (a pilot synthesis of the conjugate has already been performed by our collaborator from CEA). The Ph. D. student will use the null strain for the sensor domain complemented with a plasmid-encoded His-tagged sensor domain for purification and identification of the site of crosslinking by mass spectrometry (collaboration with CEA).
The interaction between the drug and the sensor domain will be further characterized in vitro by NMR spectroscopy (collaboration with ICSN). A purification method for the protein has been established in the laboratory and preliminary results using 2D-heteronuclear NMR spectroscopy have validated the approach.