Développement d’une méthodologie pour l’étude des interactions micro-organismes/surfaces en conditions digestives simulées

L'équipe PMB "Procédés Microbiologiques et Biotechnologiques" est une équipe de Génie des Procédés. Elle regroupe des chercheurs de différentes disciplines : microbiologie, physiologie, procédés, automatisme, mathématiques,…

L'équipe PMB étudie la réponse de différents modèles cellulaires (bactéries, levures, virus, …) exposés à différentes perturbations technologiques et environnementales dans le but de développer des procédés de maîtrise de la viabilité et de la fonctionnalité de microorganismes. En fonction des applications visées, elle développe donc deux thèmes : un premier thème sur les procédés de production et de préservation des cellules d'intérêt (ferments et probiotiques) et un second sur les procédés d’inactivation "doux" des pathogènes et de la flore d'altération. Ces applications visent à améliorer la qualité et la durabilité des aliments par des procédés physique sans intrants chimiques.

Contexte du projet

L’encapsulation représente une stratégie prometteuse pour protéger les probiotiques des conditions défavorables lors du stockage et de la digestion, telles que l’exposition à l’oxygène, à l’acidité gastrique ou aux sels biliaires. Cependant, les biopolymères utilisés doivent également permettre une libération adéquate des probiotiques dans le côlon. Parmi ces biopolymères, l’alginate de sodium se distingue comme un matériau particulièrement adapté, car il offre de bonnes propriétés de barrière à l’oxygène par rapport à d’autres polysaccharides et présente un profil de libération optimal dans un fluide gastro-intestinal simulé (Phùng et al., 2022).

L’alginate de sodium reste intact à pH gastrique (1,0–3,0), protégeant ainsi les probiotiques de la digestion, mais il gonfle et se dissout à pH intestinal (6,5–7,5) (Evans et al., 1988; Minekus et al., 2014), ce qui en fait un vecteur idéal pour la délivrance ciblée des probiotiques dans le côlon. Cependant, les analyses conventionnelles — telles que la mesure des variations de poids ou de volume des billes d’alginate après exposition aux sucs digestifs — ne fournissent qu’une vision partielle du comportement de l’alginate de sodium et des micro-organismes encapsulés durant la digestion.

Ces dernières années, le développement de la technologie microfluidique a ouvert de nouvelles perspectives pour l’étude du microbiote intestinal de manière plus précise et contrôlée (Qi et al., 2023). Cette technologie permet de simuler l’environnement intestinal physiologique réel de l’hôte, offrant ainsi une observation continue du comportement de l’alginate de sodium et de la libération des micro-organismes encapsulés. Parallèlement, elle permet d’étudier l’adhésion des micro-organismes au mucus intestinal, soutenant ainsi l’hypothèse de leur fonctionnalité probiotique. En conséquence, cette technologie constitue un outil puissant pour approfondir la compréhension de la structure et de la fonction du microbiote intestinal, ainsi que de son rôle dans la santé de l’hôte.

L’objectif de ce stage est de développer et de valider une méthodologie expérimentale permettant d’étudier le comportement des micro-organismes en conditions digestives 

dynamiques à l’aide d’un dispositif microfluidique autorisant l’observation microscopique (Figure 1). Deux approches seront explorées :

(i) l’immobilisation de bactéries encapsulées dans un gel d’alginate déposé sur une surface, suivie d’une exposition à des fluides gastriques ou intestinaux simulés pour analyser la cinétique de libération des bactéries ;

(ii) le dépôt sur la surface d’un film de mucus mimant la barrière intestinale, permettant l’étude de l’adhésion bactérienne à partir d’une suspension circulant dans un milieu intestinal artificiel.

Les expériences combineront le suivi du flux, des analyses quantitatives de libération ou d’adhésion, ainsi que la microscopie confocale à travers la plaque pour visualiser directement les interactions micro-organismes/matrice.

Ce travail exploratoire et méthodologique vise à établir une preuve de concept pour l’utilisation d’un dispositif microfluidique comme outil d’étude des interactions entre matrices alimentaires, micro-organismes et environnement digestif simulé.

Le ou la stagiaire de Master mettra en place et développera le dispositif microfluidique, réalisera les expérimentations, analysera les données et rédigera les rapports.

Le ou la candidate devra avoir des compétences en microbiologie, procédés d'encapsulation et microscopie. Une connaissance de systèmes de microfluidique et de dynamique des fluides serait un plus.

Le sujet étant porté sur du développement technologique nous cherchons un ou une stagiaire qui se sent à l'aise dans la création de prototypes et l'optimisation de systèmes.