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Guerres bactériennes à l'interface lumen-épithélium et liens avec le cancer colorectal // Connecting colorectal cancer to the bacterial warfare at the lumen-epithelium interface

ABG-124628
ADUM-58070
Thesis topic
2024-06-14
Université Toulouse III - Paul Sabatier
Toulouse cedex 3 - France
Guerres bactériennes à l'interface lumen-épithélium et liens avec le cancer colorectal // Connecting colorectal cancer to the bacterial warfare at the lumen-epithelium interface
  • Biology
Escherichia coli, colibactin, oxygene, microfluidique
Escherichia coli, colibactin, oxygen, microfluidics

Topic description

Le cancer colorectal est un problème de santé majeur, se classant au quatrième rang en termes de mortalité. Le microbiote intestinal est clairement impliqué, mais son mécanisme pro-cancérigène est mal compris. Un changement de paradigme est en cours dans lequel on reconnaît que le pouvoir mutagène du microbiote est directement lié à la guerre bactérienne à l'interface épithélio-luminale. L'objectif de ce travail de thèse fondamental est d'ouvrir la voie à une nouvelle compréhension des effets collatéraux de la guerre bactérienne, et à de nouvelles approches diagnostiques ou préventives. Nous nous intéresserons à certaines entérobactéries intestinales qui produisent des métabolites toxiques qui endommagent l'ADN des bactéries environnantes et participent à la compétition interbactérienne. Collatéralement, ces génotoxines induisent des dommages mutagènes à l'ADN des cellules intestinales, ce qui favorise le cancer colorectal. Il est donc important de décortiquer l'interaction interbactérienne et comment elle module la production de génotoxines.

L'interface hôte-microbiote intestinal est un environnement complexe, caractérisé notamment par des gradients chimiques difficiles à appréhender in vivo ou dans de simples tubes à essai. Ces gradients, notamment d'oxygène, ont un impact direct sur la production de génotoxines. Dans le cadre d'une collaboration établie entre les deux laboratoires réalisant ces travaux, nous avons développé un dispositif innovant « Microenvironment on a Chip » qui reproduit les gradients chimiques caractéristiques du microenvironnement intestinal. Nous avons développé une puce microfluidique en polydiméthylsiloxane capable de générer dix microenvironnements, en flux statique ou dynamique, avec différentes concentrations en oxygène. Ce projet de thèse utilisera ce dispositif pour travailler avec des communautés bactériennes à haute densité, pour étudier comment les interactions interbactériennes et le microenvironnement à l'interface lumen-épithélium modulent la production de génotoxines impliquées dans le cancer colorectal.
Nous utiliserons des approches de microscopie à fluorescence disponibles pour imager des colonies bactériennes en séries temporelles. Nous étudierons la production de génotoxines et la réponse aux dommages à l'ADN en temps réel à l'aide de reporters Fluorescence-Activating et Absorption-Shifting Tag, qui permettent l'émission de fluorescence sans dépendance à l'oxygène. La production de génotoxines sera surveillée par l'activité promotrice des gènes de toxines, et les dommages à l'ADN avec un rapporteur d'activation de la voie SOS bactérienne. Pour mesurer la consommation respiratoire d'oxygène par les bactéries, qui répondent simultanément à sa concentration en modulant la production de génotoxines, nous utiliserons une technologie d'optode intégrée à la micropuce. Le couplage de la production de toxines avec l'aérotaxie et le mode de respiration (ana)aérobie sera étudié en temps réel avec des mutants isogéniques inactivés pour les traits bactériens.
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Colorectal cancer is a major health problem, ranking fourth in terms of mortality. The intestinal microbiota is clearly involved, but its pro-carcinogenic mechanism is poorly understood. A paradigm shift is underway in which we recognize that the mutagenic power of the microbiota is directly linked to the bacterial warfare at the epithelial-luminal interface. The objective of this fundamental thesis work is to pave the way for a new understanding of the collateral effects of bacterial warfare, and to new diagnostic or preventive approaches. We will focus on certain intestinal enterobacteria that produce toxic metabolites that damage the DNA of surrounding bacteria and participate in interbacterial competition. Collaterally, these genotoxins induce mutagenic damage to the DNA of intestinal cells, which promotes colorectal cancer. It is therefore important to dissect the interbacterial interaction and how it modulates the production of genotoxins.

The host-intestinal microbiota interface is a complex environment, characterized in particular by chemical gradients that are difficult to understand in vivo or in simple test tubes. These gradients, particularly of oxygen, have a direct impact on the production of genotoxins. As part of a collaboration established between the two laboratories carrying out this work, we have developed an innovative “Microenvironment on a Chip” device that reproduces chemical gradients characteristic of the intestinal microenvironment. We have developed a polydimethylsiloxane microfluidic chip capable of generating ten microenvironments, in static or dynamic flow, with different oxygen concentrations. This thesis project will use this device to work with high-density bacterial communities, to study how interbacterial interactions and the microenvironment at the lumen-epithelium interface modulate the production of genotoxins involved in colorectal cancer.
We will use fluorescence microscopy approaches available to image bacterial colonies in time series. We will study genotoxin production and DNA damage response in real time using Fluorescence-Activating and Absorption-Shifting Tag reporters, which allow fluorescence emission without oxygen dependence. Genotoxin production will be monitored by the promoter activity of toxin genes, and DNA damage with a reporter of activation of the bacterial SOS pathway. To measure the respiratory consumption of oxygen by bacteria, which simultaneously respond to its concentration by modulating genotoxin production, we will use an optode technology integrated into the microchip. The coupling of toxin production with the aerotaxis and the (ana)erobic respiration mode will be studied in real time with isogenic mutants inactivated for bacterial traits.
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Début de la thèse : 01/10/2024

Funding category

Funding further details

Financement d'un établissement public Français

Presentation of host institution and host laboratory

Université Toulouse III - Paul Sabatier

Institution awarding doctoral degree

Université Toulouse III - Paul Sabatier

Graduate school

151 BSB - Biologie, Santé, Biotechnologies

Candidate's profile

Ce projet se situe à l'interface entre la physique et la microbiologie. Nous recherchons un microbiologiste moléculaire avec un fort intérêt pour la biophysique ; ou un biophysicien expérimental avec une expérience en microfluidique et un fort intérêt pour la microbiologie. Les candidats doivent être titulaires d'un Master validé en France. Comment postuler ? Par mail comme indiqué ci-dessous. Titre du mail : phd_adi_toulouse A : jean-philippe.nougayrede@inserm.fr, yohan.davit@imft.fr Message : présentation rapide et motivation Pièce jointe : CV + relevé de notes/classement master + mémoire récent
This project is at the interface between physics and microbiology. We are looking for a molecular microbiologist with a strong interest in biophysics ; or an experimental biophysicist with experience in microfluidics and a strong interest for microbiology. Candidates must hold a Master degree validated in France. How to apply? By e-mail as detailed below. Title of the mail: phd_adi_toulouse To: jean-philippe.nougayrede@inserm.fr, yohan.davit@imft.fr Message: rapid presentation and motivation Attached: CV + transcript/master ranking + recent thesis
2024-07-31
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