Thèse Exploration et Exploitation de la Biosynthèse de Lipopeptides Dotés d'Activités Antimicrobiennes H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université Paris-Saclay GS Santé et médicaments École doctorale : Innovation thérapeutique : du fondamental à l'appliqué Laboratoire de recherche : I2BC - Institut de Biologie Intégrative de la Cellule Direction de la thèse : Muriel GONDRY ORCID 0000000303983404 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-04-22T23:59:59 Depuis des décennies, la résistance aux antibiotiques dépasse la découverte des antibiotiques.[1] Une étude récente a estimé que les bactéries multirésistantes ont été responsables de 4,95 millions de décès dans le monde pour la seule année 2019.[2] Il y a donc un besoin urgent de nouveaux médicaments et de nouveaux moyens de les obtenir. De nombreux médicaments importants sont des lipopeptides produits dans la nature.[3] Les parties lipidiques de ces molécules contribuent à leur bioactivité et à leur toxicité chez l'homme et, en fait, il a été démontré que l'addition de groupes lipidiques sur des antibiotiques normalement non lipidiques renforçait l'activité contre les bactéries multirésistantes.[4,5] Étant donné l'origine naturelle des lipopeptides et de leurs dérivés - par des 'chaînes de montage' enzymatiques hybrides qui utilisent la chimie catalytique à la fois des synthases d'acides gras (FAS) et des synthétases de peptides non ribosomiques (NRPS) - ces composés peuvent être préparés à des coûts raisonnables et de manière renouvelable par des approches de biologie de synthèse utilisant des enzymes.[4] Les FAS et les NRPS sont d'autant plus intéressantes pour les approches de biologie de synthèse qu'elles sont modulaires, chaque module (c'est-à-dire l'unité répétitive des domaines catalytiques) incorporant un seul bloc de construction de manière logique, avec l'aide des domaines de la protéine porteuse (CP) qui transporte le substrat.[6,7] Cependant, avant que ces approches puissent être utilisées efficacement, il est indispensable de bien comprendre les enzymes impliquées.Ce projet vise à définir les structures, les fonctions et les interfaces protéine-protéine mal caractérisées impliquées dans la biosynthèse de lipopeptides antibactériens par des enzymes hybrides FAS-NRPS. L'acquisition de ces informations guidera l'ingénierie rationnelle des enzymes et la combinaison des voies de biosynthèse, dans le but ultime de générer des lipopeptides aux activités et propriétés particulièrement adaptées.
Our overarching aim is to produce novel lipopeptide antibiotics that can combat multidrug resistance in a sustainable manner. To this end, we will initially characterize the structures, functions, and interaction interfaces of machineries responsible for the biosynthesis of important lipopeptides. The results of these experiments will drive bioengineering efforts, such as the reprogramming of enzyme active sites to refine lipid substrate specificity or the modification of interaction interfaces to enable crosstalk between different lipopeptide biosynthetic pathways. Our multipronged approach promises to deliver new insights that will accelerate the progress of natural products research and ultimately benefit global human health. 1. Elucidate the structures of proteins forming hybrid interfaces.

- Protein structures will permit the interactions explored in later objectives to be mapped and rationalized. They will also allow for the rational engineering of active sites, e.g. to expand substrate scope. Initially, key catalytic domains will be screened for crystals for structure determination. Once crystals are obtained, the small yet dynamic CP domain partners will be analyzed by NMR spectroscopy. Where needed, crosslinkers and non-covalent inhibitors will be employed to trap CP and catalytic domains to reduce conformational mobility.

2. Establish the function of catalytic domains at hybrid interfaces.

- In parallel with objective 1, enzyme activity assays will confirm that candidates for structural characterization are catalytically functional. Substrate-loaded CP domains will be tested for reactivity with partner catalytic domains, with the protein-bound or released products of each step analyzed by LC-MS.

3. Evaluate the interactions between proteins forming hybrid interfaces.

- Interaction sites on the surfaces of characterized proteins will be pinpointed and mapped using the complementary methods of NMR titration, alanine scanning mutagenesis, and/or MS-based footprinting. A refined model of interaction will then be prepared (aided by MD simulations, if needed) and validated through enzyme activity assays involving key protein variants.

4. Engineer active sites and pathways.

- By applying findings from earlier objectives, engineering experiments will target active sites to accommodate new fatty acyl chains or interaction surfaces to support assembly line crosstalk and install acyl chains on normally non-lipidated compounds. - Protein structures: X-ray crystallography, NMR spectroscopy
- Protein functions: LC-MS
- Protein-protein interfaces: NMR spectroscopy, MS-based footprinting, mutagenesis
- Protein engineering: LC-MS, mutagenesis, CRISPR-Cas9 gene editing

a- Master 2 (ou équivalent) dans un domaine d'étude pertinent, tel que la chimie, la biochimie, la microbiologie, la biologie moléculaire ou la chimie des substances naturelles.

b- Expérience de l'expression et de la purification des protéines.

c- Expérience (ou forte volonté d'apprendre) des méthodes d'analyse structurale des protéines, y compris la cristallographie aux rayons X, la spectroscopie RMN et la cryo-EM particule unique.

d- Expérience (ou forte volonté d'apprendre) des méthodes d'analyse de la fonction enzymatique, en utilisant en particulier l'HPLC et la LC-MS.

e- Dynamisme, organisation, curiosité et motivation.

f- Capacité à communiquer en anglais et à lire l'anglais technique.