Développement d’une nouvelle plateforme « omics » intégrée pour la compréhension de l’origine de la vie

L’origine de la vie est une question fascinante, dont la compréhension aurait d’importantes implications scientifiques, philosophiques et sociales. Au fil du temps, philosophes et scientifiques ont proposé de nombreuses théories sur l’origine de la vie sur Terre et ailleurs. Cependant, nous sommes encore loin de comprendre les principes qui ont régi la transition des systèmes chimiques vers les systèmes biologiques. De nombreux domaines scientifiques sont impliqués dans la résolution de cette question interdisciplinaire, mais la chimie occupe une place
prépondérante. En effet, les êtres vivants sont des systèmes chimiques complexes d’où sont issues des propriétés dites « émergentes » (propriétés qui dépassent la somme des caractéristiques de leurs constituants individuels).
Parmi ces propriétés, les organismes vivants ont acquis la capacité à s’auto-répliquer, se compartimentaliser, stocker et transmettre des informations, s’adapter aux signaux chimiques et physiques de l’environnement, se mouvoir et, enfin, évoluer indéfiniment.
Ces propriétés nécessitent un apport continu d’énergie et reposent sur des interactions moléculaires et de processus chimiques complexes. Or, comprendre comment de tels réseaux chimiques peuvent conduire à des propriétés inattendues ouvre une nouvelle dimension à la recherche sur les origines du vivant. Ainsi, plutôt que d’analyser ou synthétiser des classes individuelles de biomolécules, les chimistes tentent désormais de développer des systèmes moléculaires qui pourraient avoir des propriétés émergentes similaires à celles retrouvées chez les
organismes vivants.
Dans ce cadre, et avec l’émergence des sciences « omiques », des technologies d’analyse ultra-sensibles et ultra-résolutives ont été mises au point. Grâce à ces nouvelles technologies, nos connaissances des processus biologiques ont été considérablement approfondies à l’échelle moléculaire. Néanmoins, malgré leur polyvalence, ces stratégies analytiques sont très souvent optimisées en vue d’étudier, à un temps donné, une classe de molécules appartenant soit aux métabolites (acides aminés, sucres…), soit aux biopolymères (protéines, ARN/ADN…).

Description du sujet :

L’objectif de ce projet est de développer une plateforme analytique universelle combinant différentes unités analytiques, et permettant la mise en évidence de certaines propriétés émergentes du vivant telles que l’auto-réplication, l’auto-assemblage, et l’auto-organisation. Pour cela, la plateforme devra permettre l’analyse dynamique des molécules constitutives d’un système chimique donné, que ces molécules soient des composés organiques volatils (volatolomique), des métabolites (métabolomique) ou des protéines (protéomique).

Méthodologie et mise en œuvre :

Ainsi, l’étudiant.e aura la charge du développement d’un système UPLC-HRMS/MS multidimensionnel automatisé pour une analyse non ciblée de briques élémentaires du vivant (acides aminés, sucres, nucléobases), et des polymères qui en sont issus (peptides, oligonucléotides, protéines…). Il.elle devra ensuite travailler à la mise au point de stratégies d’analyse GC-HRMS-MS permettant la détection de composés volatils présents dans l’espace de tête de l’échantillon.
Une combinaison de ces stratégies GC-HRMS-MS et UPLC-HRMS-MS sera également réalisée. Afin de minimiser l’intervention humaine, un réacteur automatique sera conçu et connectera les systèmes GC-HRMS-MS et UPLC- HRMS-MS. Les performances de cette plateforme en ligne seront vérifiées sur solutions étalons, puis sur systèmes chimiques et biologiques de plus en plus complexes.
Associée à un traitement statistique sous forme de réseaux moléculaires, les données obtenues seront traitées sous forme de réseaux moléculaires afin de mettre en évidence puis de modéliser des propriétés émergentes dans des systèmes chimiques évolutifs, des systèmes chimiques extraterrestres et des systèmes biochimiques/biologiques primitifs (enzymes/bactéries/champignons). Les réseaux moléculaires « primitifs » ainsi obtenus pourraient alors servir de modèles pour discriminer un système purement chimique d’un système biochimique/biologique, dans tout échantillon primitif et/ou extraterrestre (Mars Sample Return).

Ce projet de recherche sera réalisé à l'Institut de Chimie des Milieux et Matériaux de Poitiers (IC2MP). L'IC2MP est un laboratoire de recherche interdisciplinaire hébergé par le CNRS et l'Université de Poitiers.

La.e candidat.e devra être titulaire d’un Master 2 en chimie analytique, protéomique, métabolomique ou biochimie.
Compétences et connaissances recommandées pour :
– Analyse GC-HRMS
– Analyse UPLC-HRMS
– Analyse in silico, traitement de données analytiques, traitement de réseaux moléculaires
– Biochimie moléculaire et métabolisme
– Connaissances fondamentales (intérêt) en astrochimie, astrobiologie, chimie prébiotique et chimie des systèmes
– Qualité éditoriale, capacité à publier et à promouvoir les travaux de recherche
– Aptitude au travail en équipe et à l’encadrement de stagiaires
– Bon niveau d’anglais