Encadrant de la thèse : Fabrice NOT
Co-encadrant de la thèse : Ian PROBERT
Co-encadrant de la thèse : Samuel CHAFFRON
Laboratoire d’accueil : Station Biologique de Roscoff, Place Georges Teissier, 29682 Roscoff
Autre laboratoire d’accueil : Laboratoire des Sciences du Numérique de Nantes (LS2N), UMR 6004, 2, chemin de la Houssinière, 44322 Nantes
Ecole doctorale de rattachement : ED 227 – DIVersités, Origines, Natures, MNHN-SU
Projets ciblés ATLASea impliqués : DIVE-Sea, SEQ-Sea
Ressources disponibles pour la thèse dans le laboratoire d’accueil : Le/la doctorant.e sera accueilli.e en premier lieu à la Station Biologique de Roscoff (SBR), qui offre un environnement de recherche de premier plan en biologie marine, notamment pour l’étude et la culture des protistes. Il/elle bénéficiera d’un accès direct à des infrastructures spécialisées, en particulier la Roscoff Culture Collection, dédiée à la culture de micro-organismes marins, ainsi qu’à la plateforme ABIMS, co-coordinateur du projet ciblé SEQ-Sea, pour l’analyse de données génomiques. En complément, le/la doctorant.e sera affilié.e au LS2N (UMR 6004 CNRS / Université de Nantes), qui apporte une expertise reconnue en bioinformatique, modélisation et apprentissage automatique. Il.elle y disposera d’un poste de travail dédié, d’un ordinateur performant et d’un accès aux infrastructures de calcul nécessaires au traitement et à l’analyse de données à grande échelle.
Temps envisagé dans chaque laboratoire : 50% SBR / 50% LS2N
Profil et compétences recherchées : Profil hybride bioinformatique / microbiologie
Résumé du projet
Les protistes représentent la majorité de la diversité eucaryote et jouent un rôle clé dans les cycles biogéochimiques marins. Pourtant, une grande partie de cette diversité reste inaccessible expérimentalement, car la majorité des lignées ne sont pas cultivées. Même pour les espèces cultivées, les conditions sont souvent suboptimales et peu standardisées, limitant la compréhension de leur physiologie, de leurs interactions et de leur rôle écologique. Dans ce contexte, le projet vise à exploiter les données génomiques produites dans le cadre du PEPR ATLASea afin de mieux comprendre et optimiser la physiologie des protistes en culture, tout en facilitant l’accès à de nouvelles lignées. Il propose de transformer ces données et annotations fonctionnelles en outils prédictifs pour guider la culture, levant ainsi un verrou méthodologique majeur identifié par ATLASea.
Questions scientifiques :
- Quels déterminants génomiques et métaboliques conditionnent la croissance en culture ?
- Peut-on identifier des facteurs limitants dans les milieux actuels pour des espèces cultivées ?
- Dans quelle mesure les génomes et leurs potentiels fonctionnels/métaboliques permettent-ils de prédire des conditions de culture optimales (nutriments, cofacteurs, interactions) ?
- Ces signatures sont-elles transférables à des lignées non cultivées ?
Objectifs :
- Caractériser les bases génomiques de la croissance en culture des protistes marins à partir des données ATLASea ;
- Permettre l’exploration des voies métaboliques d’intérêt via le Marine Genome Portal ;
- Comparer les potentiels fonctionnels et réseaux métaboliques pour détecter auxotrophies et dépendances ;
- Développer des modèles prédictifs (machine learning-based) reliant génome, environnement, microbiome et culturabilité ;
- Valider expérimentalement des stratégies de culture guidées par les génomes.
Méthodologie :
Le projet adoptera une approche intégrée basée sur les ressources ATLASea :
- Génomique comparative pour identifier les déterminants de la performance en culture ;
- Reconstruction de réseaux métaboliques pour détecter besoins spécifiques et auxotrophies ;
- Analyse des conditions de culture existantes et mise en relation avec les capacités génomiques ;
- Modélisation statistique et apprentissage automatique pour prédire la croissance (ex. biais d’usage des codons) ;
- Validation expérimentale : axénisation, optimisation des milieux (nutriments, vitamines, cofacteurs), ajustement des paramètres, tests en co-cultures.
Les données de génomique environnementale (ex. expéditions Tara) seront utilisées de façon ciblée pour contextualiser certains résultats.
Résultats attendus et impact :
Le projet devrait :
- Identifier des déterminants génomiques de la performance en culture
- Proposer des milieux optimisés et rationalisés
- Développer des outils prédictifs transférables à d’autres lignées.
À plus long terme, il contribuera à :
- Améliorer l’efficacité et la reproductibilité de la culture ex situ des protistes ;
- Réduire le fossé entre données génomiques et expérimentation ;
- Faciliter l’étude fonctionnelle de la biodiversité marine ;
- Accroître l’accès ex situ à des lignées d’intérêt pour le séquençage au sein du projet ATLASea
- Stimuler de nouvelles applications biotechnologiques.
En faisant de la culture un objet quantifiable et prédictible, ce projet ouvre la voie à une approche plus systématique et intégrée de la biologie des protistes.
Mots clés : Protistes marins ; génomique comparative ; réseaux métaboliques ; modélisation prédictive ; culturabilité microbienne.