PhD Extraction biocompatible de protéines de micro-organismes photosynthétiques

Contexte socio-économique et scientifique
La demande de sources de protéines durables pour nourrir la population mondiale augmente car la population devrait atteindre 9,7 milliards d’ici 2050. Par conséquent, la recherche de sources de protéines alternatives aux protéines carnées est nécessaire. Les microalgues constituent une alternative prometteuse en raison de leur teneur élevée en protéines tout en ayant un impact environnemental réduit par rapport aux protéines animales et végétales. Au-delà du défi que constitue l’acceptation par les consommateurs de ces protéines alternatives, la production de protéines à partir de microalgues nécessite encore le développement de méthodes permettant d’améliorer l’extraction des protéines. Les méthodes conventionnelles d’extraction de protéines, telles que l’hydrolyse enzymatique et les processus biochimiques, sont laborieuses, consommatrices de temps et d’énergie, et peuvent nécessiter l’utilisation de solvants. De plus, les méthodes d’extraction faisant appel à des traitements physiques sont toutes destructrices pour la biomasse qui doit être produite au début de chaque cycle d’extraction. Des procédés alternatifs d’extraction non destructifs, dits biocompatibles, ont été proposés pour rendre l’extraction plus respectueuse du point de vue environnemental et économique. Dans ce cadre, Justine MARCHAND et Benoît SCHOEFS développent des méthodologies visant à extraire des protéines par différents moyens, dont le champ électrique pulsé biocompatible (bcPEF). Les bcPEF sont des PEF réversibles, c’est-à-dire qu’ils maintiennent les cellules en vie. La thèse s’inscrira dans un programme de recherche plus large financé par le programme national de recherche France2030 et implique plusieurs partenaires académiques et industriels.

Hypothèses et questions
L’un des objectifs des travaux sera de comprendre comment les microalgues réagissent à l’extraction répétée d’une proportion significative de leurs protéines internes solubles déclenchée par des bcPEF répétitifs. Les travaux proposés reposent sur 5 hypothèses : le stress induit par H1-bcPEF est modéré et la récupération des microalgues est rapide ; H2- le quota de protéines cellulaires (QProt) est reconstitué rapidement et le rendement d’extraction ne varie pas significativement entre 2 extractions ; La division des cellules H3 n’est pas gravement affectée par le bcPEF ; H4 : la composition en types de protéines est constante et les protéines extraites ne sont pas endommagées entre 2 extractions et H5 : le procédé d’extraction biocicompatible établi à l’échelle du laboratoire peut être étendu à plus grande échelle. Les questions auxquelles il faut répondre correspondant à ces 5 hypothèses : Q1 : quel est le niveau de perméabilité et le stress microalgal induit par le bcPEF ? Q2 : à quelle vitesse s’accumule l’accumulation de protéines de novo entre les traitements bcPEF ? Q3 : quel est l’impact du bcPEF sur le taux de division cellulaire ? Q4 : quelle est l’identité et l’état des protéines extraites ? et Q5 : quels sont les paramètres qui doivent être compromis pour la mise à l’échelle ?

Les principales étapes de la thèse et la démarche scientifique
Les principales étapes sont (1) établir la culture des différents taxons considérés dans le programme de recherche (Arthrospira platensis, Chlorella vulgaris et Tetraselmis chui) et (2) optimiser les conditions permettant la meilleure production de protéines. extraction tout en préservant la viabilité cellulaire. L’équipe de recherche est équipée de plusieurs types d’installations de culture de microalgues et de machines de distribution de PEF. Le laboratoire est également équipé d’un cytomètre en flux, d’un microscope et propose des installations pour étudier la physiologie des microalgues. Les réponses aux 4 questions mentionnées ci-dessus seront obtenues par :
A1 : évaluer le niveau de perméabilité et le niveau de stress microalgal induit par le bcPEF ; A2 : établissement de la cinétique d’accumulation protéique de novo entre 2 bcPEF ; A3 : évaluer l’impact du bcPEF sur le taux de division cellulaire, A4 : déterminer la qualité et l’identité des protéines extraites et A5 : trouver le compromis de mise à l’échelle.

Les approches méthodologiques et techniques envisagées pour
la culture axénique de micro-organismes photosynthétiques seront testées : Arthrospira platensis, Chlorella vulgaris et Tetraselmis chui. Le projet est organisé en 3 WPs : (1) WP1-Electroporation et réponses cellulaires après 1 PEF : mesures de perméabilité (cytométrie en flux, microscopie à fluorescence), quantification et identification des protéines libérées (réalisées avec l’aide de la plateforme PROTEOTOUL), stress niveau et impact du déséquilibre protéique sur les changements métaboliques (transcriptomique, protéomique, spectroscopies, mesures du stress oxydatif) → Conditions opératoires du bcPEF et temps de relaxation pour le traitement bcPEF, modélisation de la production de biomasse/protéine et ajustements de culture à petite échelle (nutriments, dilution et éclairage) en tenant compte les protéines extraites (A1) ; (2) WP2–Extraction répétitive : changements morphologiques, taux de division, identification, analyses quantitatives et qualitatives des protéines libérées par spectrométrie de masse (PROTEOTOUL), viabilité → conditions opératoires des extractions répétitives, modélisation de la production biomasse/protéine et ajustements de culture à petite échelle (nutriments , dilution et éclairage) (A2-A4); (3) WP3-Scaling : changements morphologiques, taux de division, analyses quantitatives et qualitatives des protéines libérées par spectrométrie de masse (PROTEOTOUL), viabilité → conditions opératoires d’extraction répétitive, modélisation de la production biomasse/protéine et ajustements de culture à petite échelle (nutriments, dilution et éclairage) (A5).

Compétences scientifiques et techniques requises par le candidat
Le projet est multidisciplinaire. Des connaissances en culture d’algues, physiologie, biochimie, biophysique, électroextraction, cytométrie en flux, bioinformatique, bioprocédés seront un bon point. Autonomie, connaissance de l’anglais, mobilité sont obligatoires.

Pour postuler, vous devez soumettre votre candidature en cliquant sur ce lien avant le 17 mai 2024.