Construction et évolution dirigée de consortia bactériens synthétiques impliquant un mutualisme métabolique complexe

Construction and adaptive laboratory evolution of synthetic bacterial consortia involving complex metabolic mutualism

• Auteur / Autrice : Nathalie Laforge
• Direction : Matthieu Jules, Anne-Gaëlle Planson
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Microbiologie
• Date : Inscription en doctorat le 01/11/2021
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Structure et Dynamique des Systèmes Vivants
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : MICALIS- Microbiologie de l'Alimentation au service de la santé humaine
• Partenaire(s) de recherche : référent : Faculté des sciences d'Orsay

Mots clés

Mots clés libres

Ingénierie métabolique

Consortium synthétique

Châssis

Crispr

Bacillus subtilis

Ingénierie du génome

Chassis strain

Metabolic engineering

Crispr

Synthetic consortium

Bacillus subtilis

Genome engineering

Résumé

Bacillus subtilis est une bactérie modèle à Gram positif largement étudiée en milieu académique et très utilisée dans le milieu industriel pour la production de protéines et métabolites d'intérêt. B. subtilis dont le génome a été séquencé en 1997 a fait l'objet de plusieurs études –omics permettant une meilleure compréhension de ses régulations, mécanismes moléculaires et fonctions cellulaires. Par ailleurs, l'équipe d'accueil a développé de nombreuses méthodes d'ingénierie du génome chez B. subtilis basées sur des technologies de pop-in /pop-out, CRISPR et de recombineering. En parallèle, de nombreuses études ont décrit des stratégies de 'division of labor' au sein de communautés bactériennes, et il est désormais possible d'évaluer les potentiels de consortia synthétiques complexes impliquant des stratégies d'alimentation croisées pour plusieurs métabolites (i.e. 'division of labor'). Nous proposons dans ce projet doctoral, de construire et analyser le fonctionnement de consortia synthétiques complexes pour décrypter des phénomènes naturels et pour des applications en biotechnologie. La caractérisation systémique des consortia synthétiques conçus permettra de mieux comprendre les interactions sociales par des analyses globales et ciblées de l'expression génique. Après avoir validé la stabilité d'un consortium bactérien synthétique, une expérience d'évolution adaptative en laboratoire sera réalisée pour améliorer le fitness général de la population mixte, et les variants évolués seront caractérisés. L'intérêt d'une telle approche est de pouvoir complexifier les voies de production et d'optimiser les rendements de production de composés d'intérêt.

Bacillus subtilis is a Gram-positive model bacterium widely studied in academic research and widely used in industry for the production of proteins and metabolites of interest. B. subtilis, whose genome was sequenced in 1997, has been the subject of several “omics” studies that have led to a better understanding of its regulations, molecular mechanisms and cellular functions. In addition, the host team has developed numerous genome engineering methods for B. subtilis based on pop-in/pop-out, CRISPR and recombinering technologies. In parallel, numerous studies have described 'division of labor' strategies within bacterial communities, and it is now possible to evaluate the potential of complex synthetic consortia involving cross-feeding strategies for several metabolites (i.e. 'division of labor'). In this PhD project, we propose to build and analyze the functioning of complex synthetic consortia to decipher natural phenomena and for applications in biotechnology. The systemic characterization of the designed synthetic consortia will allow a better understanding of social interactions through global and targeted analyses of gene expression. After validating the stability of a synthetic bacterial consortium, an adaptive evolution experiment in the laboratory will be performed to improve the general fitness of the mixed population, and the evolved variants will be characterized. The interest of such an approach is to be able to complexify the production pathways and optimize the production yields of compounds of interest.