Dévoiler les mécanismes à l'origine de la spécificité antibactérienne des peptides de défense // Revealing the mechanistic basis of defence peptide antibacterial specificity

Les AMP sont souvent considérés comme ayant une activité généraliste, agissant notamment en perturbant de manière non spécifique les membranes bactériennes. Cependant, des observations génétiques récentes chez les mammifères et les insectes suggèrent que cette vision est trompeuse. Certains AMP se révèlent en effet d'une importance majeure contre des souches bactériennes très spécifiques. Un système génétique puissant pour étudier ce phénomène a émergé chez Drosophila, où les Diptericines (Dpt) A et B ciblent spécifiquement les bactéries Providencia et Acetobacter, respectivement. La prévalence de ces micro-organismes écologiquement pertinents varie selon l'écologie de l'hôte, et l'évolution des gènes Dpt s'adapte en conséquence (Hanson et al., 2023 ; Science). Bien que le rôle de ces gènes dans la défense de l'hôte soit désormais clair, les mécanismes par lesquels des AMP apparentés évoluent pour acquérir une efficacité si spécifique contre certaines bactéries restent obscurs. La réponse réside dans le mode d'action des AMP, qui tue les espèces bactériennes sensibles, ainsi que dans les mécanismes de résistance qui protègent les espèces résistantes de ce mode d'action.
Projet de recherche : L'étudiant·e travaillera avec des équipes encadrantes spécialisées en génétique microbienne et insecte pour élucider les bases de la spécificité peptide-microbe dans ce modèle puissant. Le laboratoire Hanson a isolé diverses souches de Providencia et Acetobacter (publiées et inédites), présentant des interactions variables avec les Dpt, incluant des souches de P. rettgeri qui se comportent différemment selon les génotypes de mouches infectées. Grâce à cette diversité bactérienne existante et intrigante, l'étudiant·e sera en mesure d'étudier à la fois les aspects bactériens et hôtes de l'interaction peptide-microbe.
Le laboratoire Hanson a déjà généré une variété de mouches D. melanogaster exprimant des allèles de Diptericine d'intérêt sous le contrôle du système d'expression génique GAL4/UAS (Hanson et al., 2023 ; données non publiées). Grâce à ces outils, l'étudiant·e pourra étudier in vivo l'activité de différentes variantes de DptA et DptB identifiées au sein et entre les espèces, en utilisant des bactéries Providencia et Acetobacter pertinentes. Avec l'expertise du laboratoire Mergaert (Lachat et al., 2024; PNAS), des banques de mutants bactériens par transposons (Tn-seq) seront générées pour identifier les mécanismes de résistance ou de sensibilité aux différentes variantes de Dpt. Ces banques Tn-seq seront criblées in vitro pour évaluer les paramètres de croissance et la sensibilité à des AMP contrôles.
En utilisant la génétique de la mouche, l'étudiant·e pourra surexprimer des variantes spécifiques de Dpt chez les larves via le système GAL4/UAS, permettant des expériences ex vivo avec des extraits d'hémolymphe larvaire enrichis en variantes de Dpt. Ces mêmes extraits pourront également servir à produire des peptides purifiés pour cribler les banques Tn-seq et évaluer leur sensibilité aux Dpt in vitro, surmontant ainsi les défis techniques liés à la synthèse des peptides Dpt. Une approche de modélisation protéique utilisant AlphaFold permettra d'étudier les interactions potentielles entre les gènes/proteines bactériens candidats et les peptides Dpt.
Objectifs : Ce projet vise à élucider les bases moléculaires des interactions Dpt-bactéries. Il éclairera les mécanismes évolutifs de la spécificité AMP-microbe et les contraintes sélectives qui les régissent. Le système Drosophila-Diptericine-Providencia-Acetobacter offre un cadre puissant et concis pour aborder ces questions. Étant donné l'existence de spécificités similaires entre AMP et microbes chez d'autres animaux, ce projet révèlera les principes évolutifs de la spécificité des AMP dans la défense de l'hôte.
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

A first line defence against infection encoded by innate immunity are antimicrobial peptides (AMPs). AMPs are considered to have generalist activity, often by disrupting bacterial membranes non-specifically. However, recent genetic observations in mammals and insects suggest this picture is misleading. Some AMPs have now been found to have outsized importance against very specific bacterial strains. A powerful genetic system for this has emerged in Drosophila, where Diptericins (Dpt) A & B uniquely combat Providencia & Acetobacter bacteria respectively. The prevalence of these ecologically-relevant microbes differs depending on host ecology, and the evolution of the Dpt genes shifts accordingly (Hanson et al., 2023; Science). While the role of these genes in host defence is now apparent, it is unclear how related AMPs can evolve to have such specific potency against only certain microbes. The answer can be found in the mode of action of the AMPs that kills the sensitive bacterial species, and in the resistance mechanisms that prevents this mode of action from killing resistant bacterial species.
The student will work with supervisory teams specialising in microbial and insect genetics to determine the basis of peptide-microbe specificity in this powerful model system. The Hanson lab has isolated various strains of published and unpublished Providencia and Acetobacter strains with varying Dpt-bacteria interactions, including P. rettgeri strains that behave very differently when infecting different fly genotypes. Leveraging this existing and intriguing bacterial diversity, the student will be poised to investigate both the bacteria and host side of the peptide-microbe interaction.
The Hanson lab has already generated a variety of D. melanogaster flies with Diptericin alleles of interest expressed these under the regulation of the GAL4/UAS gene expression system (Hanson et al., 2023; unpublished). Using these tools, the student will be able to investigate the in vivo activity of different DptA and DptB alleles found within and across species using relevant Providencia and Acetobacter bacteria. With the expertise of the Mergaert lab (Lachat et al., 2024; PNAS), bacterial transposon mutant (Tn-seq) libraries will be generated to generate insights into the mechanisms of resistance or susceptibility to different Dpt variants. These Tn-seq libraries will be screened in vitro for growth parameters and susceptibility to control AMPs. Utilising fly genetics, the student can further overexpress specific Dpt variants in larvae via GAL4/UAS, enabling ex vivo experiments with larval blood extracts enriched for Dpt variants. These same larval blood extracts can also be used to produce purified peptides to screen Tn-seq libraries for Dpt susceptibility in vitro, overcoming technical challenges to Dpt peptide synthesis. A protein modelling component using AlphaFold will determine the potential interactions of bacterial candidate genes/proteins and the Dpt peptides.
This project will elucidate the molecular basis of Dpt-bacteria interactions. In doing so, it will inform on how AMP-microbe specificity evolves, and the selective constraints that govern it. The Drosophila Diptericin-Providencia-Acetobacter system offers a powerful and concise framework to ask such questions. Given similar AMP-microbe specificities in different animals, this project will reveal the evolutionary principles of AMP specificity in host defence.
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Début de la thèse : 01/10/2026

Programme UPSaclay-Exeter (ADI)

Université Paris-Saclay GS Biosphera - Biologie, Société, Ecologie & Environnement, Ressources, Agriculture & Alimentation

567 Sciences du Végétal : du gène à l'écosystème

Intérêt pour l'immunité et expérience préalable en microbiologie, biologie de l'infection chez la drosophile et/ou les insectes, et/ou en immunologie.
Interest in immunity and prior experience in microbiology, Drosophila, insect infection biology, and/or immunology