Ce projet serait sous la direction de : Mme Pauline POINOT et Mme Claude GEFFROY

Unités de recherche : IC2MP – Equipe E-Bicom

Ecole doctorale : Rosalind Franklin – énergie, environnement, bio santé

Intitulé du sujet :

Sonde à COVs pour la protection planétaire

Mots clés : volatolomique induite, sondes, exobiologie

Début de thèse : à partir du 01/10/2026

 

Résumé :

Plus de cinquante ans après les premiers pas de l’Homme sur la Lune, l’exploration spatiale progresse à un rythme sans précédent. Mais cette avancée s’accompagne d’une responsabilité majeure : éviter de transporter accidentellement la vie terrestre vers d’autres mondes, ou de ramener sur Terre des formes de vie encore inconnues. Dans ce cadre, il est essentiel de maintenir les engins spatiaux aussi exempts que possible de contamination microbienne.

Les méthodes actuelles de contrôle de la contamination sont efficaces dans des laboratoires spécialisés, mais elles restent souvent longues, complexes et inadaptées à une utilisation directe à bord des engins. Notre projet propose une stratégie innovante basée sur l’utilisation de molécules sondes capables de libérer de composés organiques volatils (COVs) lorsqu’elles entrent en contact avec des micro-organismes vivants.

En rendant la protection planétaire plus efficace, cette technologie contribuerait à garantir la fiabilité des résultats obtenus lors des futures missions astrobiologiques

 

Contexte et problématique :

Plus d’un demi-siècle après le premier alunissage, l’exploration spatiale connaît une accélération notable, s’accompagnant d’un enjeu majeur : la maîtrise des risques de contamination, qu’il s’agisse de la contamination directe (transfert de formes de vie terrestres vers d’autres corps célestes) ou de la contamination inverse (introduction d’organismes extraterrestres sur Terre) [1]. Dans ce cadre, la charge microbienne des systèmes embarqués visant des environnements potentiellement habitables, tels que Mars, Europe ou Encelade, doit être rigoureusement contrôlée et maintenue en dessous de seuils stricts afin d’éviter une contamination terrestre de ces environnements extraterrestres. Les approches actuellement utilisées, fondées notamment sur des méthodes de cultures microbiennes ou d’analyses génomiques, offrent une efficacité avérée [2]. Toutefois, leur complexité, leur dépendance à une expertise spécialisée et leur faible adaptabilité à des conditions d’analyse in situ, notamment lors des opérations de rovers, en limitent l’applicabilité opérationnelle.

Dans ce contexte, nous proposons que le suivi de l’activité microbienne par la détection de composés organiques volatils (COV) exogènes constitue une stratégie innovante pour l’évaluation rapide et sensible de la charge microbienne. Notre approche repose sur le développement de sondes spécifiques capables, après activation par des micro-organismes viables, de libérer des COV détectables au moyen d’instruments analytiques conventionnels. Une telle méthode permettrait une estimation rapide, sensible et semi-quantitative de la charge microbienne, tant en environnement contrôlé, comme les salles blanches dédiées à l’assemblage des engins spatiaux, qu’en conditions opérationnelles in situ à bord des rovers, ouvrant ainsi de nouvelles perspectives pour la surveillance de la contamination biologique.

 

Description du sujet :

Nous proposons une stratégie innovante d’évaluation de la charge microbienne fondée sur une approche émergente, la volatolomique induite [13]. Celle-ci repose sur l’utilisation de sondes de type « off-on », initialement inactives, qui ne deviennent actives qu’après leur métabolisation par des organismes vivants. Une fois activées par les processus métaboliques, ces sondes libèrent des composés organiques volatils (COV) spécifiques.

Dans ce cadre, nous avons récemment développé des sondes à base de COV, conçues pour cibler des activités enzymatiques caractéristiques des environnements tumoraux [14], [15]. Grâce à leur sensibilité remarquable (jusqu’à 3 × 10⁻¹⁶ moles d’enzyme détectées [16]), nous avons démontré leur capacité à détecter des cellules cancéreuses au sein d’organismes entiers.

Dans le projet ici présenté, nous proposons de transposer cette stratégie au domaine spatial en ciblant des processus métaboliques conservés chez les bactéries et les champignons, permettant ainsi l’activation des sondes par ces micro-organismes. Les COV traceurs libérés en réponse à cette activité microbienne pourront être détectés par chromatographie en phase gazeuse couplée à la spectrométrie de masse (GC-MS). Cette approche pourrait ainsi être adaptée à une évaluation in situ de la charge microbienne lors des opérations scientifiques de rovers, offrant une alternative rapide et sensible aux méthodes actuelles [2].

 

Méthodologie et mise en œuvre :

Ce projet se concentrera sur des genres microbiens critiques pour la protection planétaire [2], [17], [18], tels que Bacillus, Deinococcus, Brevundimonas, Staphylococcus, Geobacillus, Acinetobacter, Aspergillus et Penicillium. Les sondes développées seront activées par des enzymes produites par ces organismes, avec une attention particulière portée aux phosphatases (ubiquitaires chez les bactéries et les champignons et impliquées dans le métabolisme énergétique et de l’ADN [19], [20]), aux glycosidases (dont l’expression varie selon les genres et qui interviennent dans le métabolisme des polysaccharides et la dégradation des déchets [21], [22]), ainsi qu’aux protéines de liaison à la pénicilline (PBP), associées au métabolisme de la paroi bactérienne [23]. Ce ciblage multimodal permettra de discriminer les contaminations bactériennes et fongiques.

Le.a doctorant.e sera ensuite chargé.e du développement de la méthode de détection des COV. En s’appuyant sur une approche SPME-GC-MS/MS précédemment développée [15], [16], il.elle évaluera la stabilité et la spécificité des sondes via des études cinétiques permettant de déterminer la constante de Michaelis (Km), en corrélant les signaux des isotopologues de l’éthanol au cours du temps afin de quantifier l’affinité enzymatique pour le substrat-sonde. La concentration minimale d’enzyme détectable sera également déterminée, et la linéarité entre la concentration de sonde et la libération du traceur sera évaluée. Une sensibilité de l’ordre de l’attomole est attendue, compatible avec la détection d’enzymes dans des échantillons tels que des écouvillons de surface d’engins spatiaux. Enfin, des tests de réactivité croisée entre sondes et enzymes seront réalisés afin d’identifier d’éventuelles interférences.

Il.elle évaluera ensuite l’efficacité des sondes à base de COV pour la détection des bactéries et des champignons. Dans un premier temps, des cultures séparées de bactéries et de champignons seront réalisées en milieux contrôlés (EBI). Ces cultures seront traitées avec une ou plusieurs sondes afin de déterminer la charge microbienne minimale détectable (en UFC·mL⁻¹), qui sera comparée aux résultats obtenus par des méthodes standards telles que les dosages ATP ou la qPCR. Dans un second temps, des cultures mixtes seront utilisées afin (1) d’évaluer la spécificité de chaque sonde vis-à-vis de sa cible enzymatique et (2) d’établir les profils cinétiques des activités enzymatiques dans des matrices biologiques complexes.

Enfin, il.elle développera des protocoles opérationnels pour la détection de micro-organismes viables sur surfaces solides. Des échantillons, prélevés par écouvillonnage dans des zones de laboratoire stériles et non stériles, seront incubés avec les sondes à base de COV. Par ailleurs, des micro-organismes potentiellement présents au sein d’instruments analytiques ou de coupelles de dérivatisation (analogues à ceux rencontrés dans des instruments embarqués in situ) seront étudiés.

 

Profil recherché :

Le/la candidat(e) doit être titulaire d’un Master 2 en chimie analytique, protéomique, métabolomique ou biochimie.

Les compétences et connaissances suivantes sont recommandées : analyse GC-HRMS, analyse UPLC-HRMS, culture cellulaire, analyse in silico et traitement des données analytiques, biochimie moléculaire et métabolisme, connaissances fondamentales (ou intérêt) en astrochimie, astrobiologie, chimie prébiotique et chimie des systèmes, qualités rédactionnelles, capacité à publier et à promouvoir les travaux de recherche, aptitude au travail d’équipe et à l’encadrement de stagiaires, et maîtrise de l’anglais.

 

Contacts pour plus d’informations et pour candidater jusqu’au 15/05/26 :

Pauline POINOT : pauline.poinot@univ-poitiers.fr