Doctorat – Vers une approche d’INTelligence artificielle pour la découverte de peptides chélateurs de métaux pour les applications d’émulsions

Titre de la thèse : “vers une approche artificielle d’elligence INT R oach pour la découverte d’ID de peptides chélateurs de métaux pour les applications d’ émulsions”

Mots clés :  peptides, hydrolyse enzymatique des protéines, criblage, peptides chélateurs de métaux, chimie de coordination, émulsions.

Modalités d’encadrement, de suivi de la formation et de l’avancement de la recherche du doctorant.

Cette thèse rattachée à l’école doctorale SIMPPE de l’Université de Lorraine (UL) sera dirigée par Laetitia Canabady-Rochelle (Chargée de recherche CNRS, HDR, rattachée au LRGP, UMR 7274 CNRS-UL) et co-dirigée par Katalin Selmeczi (Associate Professeur, UL, HDR, rattaché au L2CM, UMR 7053 CNRS-UL). Il implique également d’autres scientifiques de l’UL, notamment Roda Bounaceur (LRGP, IR développant le code de calcul) et Cédric Paris (IR, responsable de la plateforme PASM). Une mobilité internationale de 4 à 6 mois est prévue dans l’équipe du Professeur Charlotte Jacobsen (Danish Technological University, DTU, Danemark) afin d’étudier la capacité des peptides complexants des métaux à inhiber l’oxydation des lipides dans les émulsions. L’étudiant réalisera sa thèse entre ces deux laboratoires et certaines de ses expérimentations seront réalisées sur des équipements de pointe présents sur les plateformes de l’Université de Lorraine (PASM, ASIA, B2S, PhotoNS). Des suivis réguliers seront effectués auprès de ses superviseurs. Un comité de suivi individuel de la thèse de doctorat sera réalisé chaque année.

Résumé de la thèse.Dans un contexte de transition écologique liée à la bioéconomie, il est primordial de découvrir de nouvelles biomolécules tout en valorisant et valorisant les coproduits générés par les industries agroalimentaires. En effet, de tels sous-produits sont riches en protéines, qui peuvent être transformées par protéolyse en hydrolysat peptidique. Ces hydrolysats de peptides constituent une banque de peptides dans laquelle cribler des bioactivités et des biofonctionnalités. Parmi eux, les peptides complexant les métaux (MCPs) présentent un intérêt particulier car ils peuvent trouver diverses applications selon l’ion métallique cible. En complexant Fe2+ ou Cu2+, ils peuvent jouer le rôle d’antioxydant indirect et trouver notamment des applications dans les émulsions pour inhiber l’oxydation des lipides. Dans notre consortium scientifique, nous avons développé diverses stratégies expérimentales pour cribler et séparer les peptides chélateurs de métaux de l’hydrolysat peptidique. Actuellement une autre approche est en cours de développement avec la construction d’un logiciel. Ce dernier servira d’approche guidée par IA pour dépister la présence de MCP dans divers hydrolysats théoriques produitsin silico à partir de différentes séquences protéiques théoriques, soumises à différentes règles théoriques de traitement d’hydrolyse et de complexation. Dans ce contexte, l’objectif de cette thèse est de valider expérimentalement la construction de ce logiciel interne permettant le criblage théorique des MCPs en hydrolysat et de l’enrichir de différentes règles enzymatiques et de complexation.

Thèmes :  Protéolyse, hydrolysat peptidique, peptide, complexation métallique, criblage, SPR, spectrométrie de masse

Domaine :  Biochimie des protéines et des peptides, biotechnologie, chimie de coordination, analyse physico-chimique.

Contexte. Dans un contexte de transition écologique liée à la bioéconomie, il est indispensable de découvrir de nouvelles biomolécules tout en valorisant et valorisant les coproduits générés par les industries agroalimentaires. Les tourteaux co-générés lors de la production d’huile sont riches en protéines (~30% en masse). Couramment utilisées pour l’alimentation animale, les protéines contenues dans ces co-produits pourraient être extraites et valorisées après protéolyse pour les peptides bio-fonctionnels qu’elles contiennent. En effet, la présence de tels peptides cibles a été rapportée dans des hydrolysats de protéines pour leurs propriétés antioxydantes, antihypertensives ou antimicrobiennes (1,2). Parmi les propriétés fonctionnelles, certaines études ont mis en évidence la présence de peptides chélateurs de métaux (MCP) dans les hydrolysats de protéines (3, 4). Cependant, selon la nature de l’ion métallique complexé, Les MCP peuvent avoir différentes bioactivités bénéfiques pour les nutraceutiques, les cosmétiques ou la santé (5). Par exemple, en complexant le fer et le cuivre, les PCM pourraient inhiber l’oxydation des lipides dans les systèmes d’émulsion et servir d’alternative au conservateur de type EDTA (6).

Objectifs. L’objectif de cette thèse est (i) de poursuivre le développement d’un logiciel interne de criblage in-silico de peptides complexants métalliques avec l’aide d’un informaticien et (ii) de valider ses performances par diverses expériences (protéolyse, SPR criblage, spectrométrie de masse, séparation IMAC), pour guider l’approche expérimentale pour le criblage/séparation/identification des peptides complexant les métaux dans diverses ressources protéiques (réalisé à l’UL, France) et (iii) pour évaluer leur capacité à inhiber l’oxydation des lipides dans émulsions (partenariat DTU, Danemark).

Méthode.Après une première étape de bibliographie, permettant de définir les règles de protéolyse et de complexation des métaux, celles-ci seront codées dans un logiciel spécifique en cours de construction au laboratoire français. Ce logiciel, construit avec l’aide d’un informaticien, permettra le criblage in-silico de peptides complexants de métaux. Dans un second temps, ces résultats théoriques obtenus via ce logiciel devront être validés à l’aide de diverses expériences de protéolyse (différentes sources de protéines et d’enzymes protéolytiques), de criblage (techniques optiques par SPR et SwithSENSE, spectrométrie de masse, étude de la complexation par spectroscopie) et séparation (chromatographie d’affinité de type IMAC). Ces expériences de validation seront réalisées à la fois sur des hydrolysats de peptides mais aussi sur des peptides synthétiques pour avoir une connaissance plus fine des phénomènes de complexation.

Les résultats attendus sont (i) le code de calcul interne du LRGP implémenté pour les règles de protéolyse et de complexation des métaux permettant un criblage in-silico des peptides complexants des métaux, (ii) la validation expérimentale des règles in-silico implémentées dans le code et ses application pour le criblage des meilleurs hydrolysats en termes de MCPs et (iii) la stabilisation des émulsions contre les phénomènes d’oxydation à l’aide de MCPs et d’hydrolysats.

Conditions scientifiques, matérielles (conditions spécifiques de sécurité) et financières du projet de recherche. L’étudiant sera recruté en contrat de thèse (CDD de 3 ans) selon la réglementation en vigueur en France.

Ouverture internationale. L’étudiant passera 4 à 6 mois au DTU au Danemark dans l’équipe du professeur Charlotte Jacobsen afin d’étudier la capacité des hydrolysats et des séquences peptidiques les plus prometteurs à inhiber l’oxydation des lipides dans des systèmes de type émulsion.

Collaborations envisagées :  Une collaboration internationale est envisagée avec le groupe du Pr. Charlotte Jacobsen au DTU.

Objectifs de la valorisation des travaux de recherche du doctorant : diffusion, publication et confidentialité, droits de propriété intellectuelle. Les résultats de cette thèse seront valorisés sous différentes formes : publications scientifiques, présentations orales et posters lors de diverses manifestations scientifiques (journée doctorale, workshop, congrès nationaux et internationaux). Si les résultats s’avèrent intéressants d’un point de vue applicatif, ils seront valorisés sous forme de brevet avant publication. Par ailleurs, le doctorant sera amené à participer à divers événements de médiation scientifique pour favoriser le dialogue science-société.

Profil et compétences requises :  Le candidat recruté aura idéalement une formation de biochimiste/ingénieur en biotechnologie avec un intérêt pour la chimie, notamment en ce qui concerne l’étude des interactions peptide-métal (chimie de coordination). Il devra pouvoir communiquer avec l’ingénieur informaticien qui codera le logiciel selon les règles de protéolyse et de complexation peptide/métal telles que définies dans la littérature. Ayant un profil expérimental, le candidat recruté devra être capable de réaliser diverses analyses physico-chimiques. Il / elle aura de bonnes compétences en rédaction et en communication en anglais. La connaissance de logiciels de bioinformatique serait un plus.

Confidentialité de l’oeuvre : NON

Lien Web avec des informations supplémentaires sur le sujet

Date limite de candidature : 26 juin 2023. 

Suite à l’évaluation des candidatures, les candidats sélectionnés seront auditionnés (conditions de l’audition données ultérieurement).

Dossier de candidature : le dossier de candidature doit comporter les éléments suivants 

– Grades M1 et M2

– CV

– Lettre de motivation

– Lettre(s) de recommandation des enseignants et encadrants scientifiques

– Rapport d’activité sur le stage de recherche effectué en M2 en anglais de 2 pages maximum, afin de démontrer sa capacité à communiquer sur l’avancement de ce travail de recherche.

L’ensemble du dossier est à transmettre à Laetitia Canabady-Rochelle et Katalin Selmeczi.

laetitia.canabady-rochelle@univ-lorraine.fr

katalin.selmeczi@univ-lorraine.fr

Références bibliographiques

[1]  Chalamaiah et al., Exigences réglementaires des peptides bioactifs (hydrolysats de protéines) à partir de protéines alimentaires. Journal des aliments fonctionnels , 2019 , 58 , 123–129. https://doi.org/10.1016/j.jff.2019.04.050 

[2] Liu et al ., Considérations sur la sécurité des peptides bioactifs dérivés de protéines alimentaires. Tendances des sciences et technologies alimentaires , 2020 , 96 , 199–207. https://doi.org/10.1016/j.tifs.2019.12.022 

[3] Wang et al. , Séparation et identification de peptides chélateurs de zinc à partir d’un hydrolysat de protéines de sésame à l’aide d’IMAC-Zn2+ et de LC-MS/MS. Chimie alimentaire , 2012 , 134 (2), 1231–1238. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2012.02.204 

[4]  Megías et al., Production de peptides chélateurs de cuivre après hydrolyse de protéines de tournesol avec de la pepsine et de la pancréatine. LWT – Science et technologie alimentaires , 2008 , 41 (10), 1973–1977. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2007.11.010

[5]  El Hajj et al ., Application en Nutrition : Minéral-Binding. 2021. Chapitre 19 du livre Elsevier dans Wu, J. et Toldra, F. Titre du livre : Biologically Active Peptides. Dans la presse.

[6]  Irankunda  et al . ,  Inhibition de l’oxydation des lipides dans une émulsion huile-dans-eau par des peptides chélateurs de métaux et des hydrolysats de pois. Article en cours.

Autres références de l’équipe en lien avec le sujet : 

[10]  El Hajj et al ., Application en Nutrition : Minéral-Binding. 2021. Chapitre 19 du livre Elsevier dans Wu, J. et Toldra, F. Titre du livre : Biologically Active Peptides. Dans la presse.

[11] El Hajj et al., Activité chélatant les métaux des hydrolysats de protéines de soja et de pois obtenus après différents traitements enzymatiques à partir d’isolats de protéines. Chimie alimentaire,  2022 , 405(2023) 134788. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2022.134788

[12]  Canabady-Rochelle et al ., SPR Screening of Metal-chelating Peptides for their Antioxidant Properties. Chimie alimentaire , 2018 , 239, 478–485. http://dx.doi.org/10.1016/j.foodchem.2017.06.116

[13]  El-Hajj et al., Technologie de nanolevier commutable électriquement pour le criblage de peptides chélateurs de métaux dans les hydrolysats. Journal de chimie agricole et alimentaire , 2021 , 69, 8819–8827. https://doi.org/10.1021/acs.jafc.1c02199

[14]  Paris  et al ., Approche métabolomique basée sur LC-HRMS pour le criblage rapide de peptides chélateurs du fer (II) dans les hydrolysats de protéines. Chimie analytique et bioanalytique , 2021 , 413, 315–329. https://rdcu.be/ccYI4

[15]  Muhr  et al ., Simulation de séparation chromatographique de peptides chélateurs de métaux à partir de la résonance plasmonique de surface. Journal des sciences de la séparation, 2020 , 43, 2031–2041. http://doi.wiley.com/10.1002/jssc.201900882

[16]  Irankunda  et al. , Séparation de peptides chélateurs de métaux par chromatographie d’affinité sur ions métalliques immobilisés : méthodologie expérimentale et simulation. Séparations,  2022 , 9, 370.  https://doi.org/10.3390/separations9110370

[30]  Csire  et al. , Les pentapeptides synthétiques chélateurs de métaux et éliminant les radicaux libres sont des inhibiteurs efficaces de la génération d’espèces réactives de l’oxygène. Métallomique , 2020 , 1–10. http://doi:10.1039/d0mt00103a

[31] Csire et al ., Peptides antioxydants bio-inspirés dérivés de la caséine présentant un double mode d’action direct/indirect. Chimie inorganique , 2022 , 1941-1948. https://doi.org/10.1021/acs.inorgchem.1c03085