Projet A*MIDEX
Recherche et formation internationale
Former les chercheurs de demain dans un contexte international au croisement de la microbiologie, la biophysique et les simulations visant la compréhension de phénomènes complexes et le développement de biotechnologies vers de multiples applications médicales.
L’excellence de la recherche fondamentale du BIAM est illustrée en 2023 par l’obtention d’une bourse A*Midex de l’Université d’Aix-Marseille. Ce projet ambitieux combine les attentes en matière de recherche et de formation, dans le but de former les leaders scientifiques de demain, capables d’aborder des problèmes multidisciplinaires à l’interface de la biologie, de la physique et de la science des matériaux, avec des applications allant jusqu’à la médecine.
Ce programme doctoral en réseau implique trois équipes universitaires, dont l’équipe du BIAM, et des collaborations provenant de quatre pays européens.
A*Midex finance le projet à hauteur de 800 k€ sur cinq ans.
Le projet de recherche
Les bactéries magnétotactiques (MTB) ont la spécificité de synthétiser des nanoparticules magnétiques. Cette capacité confère aux bactéries une aptitude sans précédent à la magnétoaérotaxie, c’est-à-dire à la recherche de meilleures conditions d’oxygène grâce à un alignement supposé passif le long des lignes du champ magnétique de la Terre. D’autres comportements tactiques sont peu à peu mis en évidence, comme la phototaxie, c’est-à-dire la capacité de se déplacer en fonction des conditions lumineuses.
Cependant, la chimiotaxie de la MTB vers des molécules simples, telle que rapportée pour E. coli, n’a pas été étudiée. En outre, les comportements tactiques ont surtout été analysés pour un nombre réduit d’espèces bactériennes. De plus, des micro-organismes magnétotactiques complexes ont été découverts, tels que les procaryotes magnétiques multicellulaires (MMP) et les holobiontes (symbiose entre un protiste et une MTB). Ici, nous proposons donc d’étudier les comportements tactiques d’une variété de micro-organismes magnétotactiques (MTM).
Dans le cadre de ce projet, des équipes pluridisciplinaires d’AMU comprenant des microbiologistes, des biophysiciens et des physiciens théoriciens unissent leurs forces pour superviser des doctorants qui s’attaqueront au problème scientifique susmentionné. Les étudiants seront détachés auprès de groupes partenaires internationaux dont l’expertise est complémentaire. Ces experts seront également invités à AMU pour enseigner dans le cadre du cursus Plinius de l’Institut IM2B afin d’offrir une formation unique à haute valeur ajoutée. Le décryptage des comportements tactiques des MTM ouvrira la voie à leur utilisation en tant que microrobots contrôlables pour des applications biomédicales et résoudra le débat de longue date sur la magnétoréception active chez les micro-organismes.
Le coordinateur du projet
Damien FAIVRE
Je suis particulièrement reconnu pour mon approche hautement interdisciplinaire des processus de (bio)minéralisation, d’abord avec les oxydes de fer et les MTB, puis avec le carbonate de calcium et les algues coccolithophores.
En parallèle, j’ai plus récemment initié une ligne de recherche sur les microswimmers, avec des bactéries magnétiques mais aussi avec des dispositifs synthétiques de forme aléatoire. Mon groupe s’est imposé comme leader dans la compréhension du mouvement des microswimmers. Ma contribution est particulièrement reconnue pour être à l’avant-garde dans la communauté où je combine des plateformes microscopiques conçues en interne avec des connaissances en biologie et une forte collaboration avec des partenaires en simulation/théorie.
En conséquence, j’ai rédigé de nombreuses publications déterminantes, dont plusieurs dans des revues de haut niveau dans différents domaines, et j’ai été invité à rédiger des comptes rendus détaillés dans des revues renommées. En outre, j’ai édité une monographie complète à plusieurs auteurs sur les oxydes de fer (2016).
Contact : damien.faivre@cea.fr
Les PIs d'A*MIDEX
Mila Sirinelli-Kojadinovic
Mila Sirinelli-Kojadinovic est professeure assistante au département de biologie de l’université d’Aix-Marseille. Elle enseigne dans divers domaines tels que la biochimie, la microbiologie et les biostatistiques et participe au Cursus Plinius, le programme de doctorat de l’IM2B (Institut de microbiologie, de bioénergie et de biotechnologie d’Aix-Marseille Université).
Mme Sirinelli s’intéresse aux stratégies développées par les microbes pour s’adapter et répondre à des environnements changeants (par exemple, l’adaptation métabolique, la modulation de la motilité). Ses recherches se sont récemment concentrées sur les bactéries magnétotactiques et leur capacité à détecter, intégrer et répondre à divers signaux (présence d’un champ magnétique, concentration chimique environnementale, état métabolique bactérien…). Elle possède une expertise en physiologie et métabolisme microbien et dans les approches techniques associées à ces domaines (culture microbienne et suivi physiologique, biologie moléculaire, génomique, microscopie et analyse d’images).
Long Fei Wu
Les bactéries ont une remarquable capacité d’adaptation à divers écosystèmes. Je m’intéresse aux questions suivantes : comment les bactéries magnétotactiques développent-elles leur appareil natatoire pour exploiter le champ géomagnétique et quels sont les mécanismes utilisés par les bactéries des grands fonds pour tirer de l’énergie de la lumière des cheminées hydrothermales ?
Les organismes modèles comprennent des magnétospirilles unicellulaires, des magnétocoques et des magnétoglobules magnétotactiques multicellulaires provenant de la mer Méditerranée et de la mer de Chine, ainsi que des bactéries gram-positives et gram-négatives collectées et isolées dans les champs de cheminées hydrothermales de l’océan Indien. Ces études sont réalisées à l’aide d’approches génomiques, moléculaires, biochimiques, structurelles, métagénomiques, microscopiques et biophysiques dans le cadre de collaborations nationales et internationales.
Jean François Rupprecht
Jean-François Ruprecht, CR CNRS au Centre de Physique Théorique (Aix-Marseille Université), est chercheur en mécanique statistique et en matière molle. Avec L. Bocquet et N. Waisbord, il a exploré les effets collectifs dans un modèle de bactéries magnétotactiques. Rejoignant le CNRS en 2019, ses recherches portent sur la compréhension des comportements collectifs dans des assemblées serrées de cellules, par exemple la formation de biofilms sur des gouttelettes d’huile de la bactérie oléophage Alkanivorax borkumensis.
Nicolas Waisbord
J’étudie le transport bactérien afin de dévoiler les mécanismes physiques responsables de la répartition des niches dans la complexité de leurs habitats. En particulier, je cherche à comprendre comment les bactéries magnétotactiques articulent leur fascinante boîte à outils pour exploiter les nombreux indices de leur environnement afin de coloniser, de croître et de prospérer dans l’hétérogénéité des milieux poreux.
Les PIs internationaux
Andrejs Cebers
Le professeur A. Cebers est diplômé de l’université d’État de Lettonie depuis 1971. Il a obtenu les diplômes suivants : Candidat en sciences physiques et mathématiques, Université d’État de Moscou, en 1977 ; Docteur en sciences physico-mathématiques, Université d’État de Moscou, en 1987 ; et Dr. hab. phys., Conseil scientifique de Lettonie en 1992.
Depuis 1997, il est professeur de physique théorique à l’université de Lettonie et directeur du département de physique théorique. En 2005, il a fondé le laboratoire des matériaux magnétiques mous associé à la chaire de physique théorique. Depuis 1992, il a été plusieurs fois professeur invité à l’Université Paris 6 (Paris Sorbonne), à l’Université Paris 7, à l’Université de Nice Sophia Antipolis, à l’Université d’Orsay et à d’autres. Il est membre de l’Académie des sciences de Lettonie (depuis 1993) et membre de l’Académie européenne (depuis 2005). En 2021, le gouvernement français lui a décerné l’Ordre des Palmes académiques. Il est rédacteur en chef de la revue internationale Magnetohydrodynamics (depuis 2000). Il a publié 262 articles, 3 livres, avec un facteur h de 33 (Scopus).
Guntars Kitenbergs
Guntars Kitenbergs est professeur assistant au département de physique de l’université de Lettonie à Riga, en Lettonie. Après avoir obtenu un master Erasmus Mundus en nanosciences et nanotechnologies à la KU Leuven et à l’UJF Grenoble, il a effectué un doctorat en physique en cotutelle entre l’université de Lettonie et l’université Pierre et Marie Curie (aujourd’hui université de la Sorbonne). Depuis lors, ses activités de recherche au sein du Laboratoire des matériaux magnétiques doux (MMML) se concentrent sur les aspects expérimentaux de la matière active et des matériaux magnétiques en microfluidique. Il étudie notamment la réponse d’objets magnétiques microscopiques à des champs magnétiques et les champs d’écoulement qui en résultent. Il donne également des cours sur le traitement des images, l’expérimentation et les compétences non techniques pour les étudiants en physique. Actuellement, G. Kitenbergs dirige le département de physique.
Roberto DI Leonardo
Roberto Di Leonardo est professeur titulaire au département de physique de l’université Sapienza de Rome. Il s’intéresse aux origines, aux conséquences et aux applications du mouvement à l’échelle du micron, du mouvement brownien à la motilité cellulaire. Pour étudier cela, son laboratoire construit des microscopes numériques qui intègrent du matériel optique et informatique et où la lumière peut être utilisée pour l’imagerie, la manipulation et la fabrication de microsystèmes en 3D. M. Di
Leonardo est titulaire d’un doctorat en physique de l’université de L’Aquila, où il a travaillé sur les liquides surfondus et la transition vitreuse. Il a ensuite déménagé à Rome pour rejoindre le Centre de recherche sur la matière molle du Conseil national de la recherche. En tant que chercheur à l’université de Glasgow, il s’est intéressé à l’utilisation de la lumière comme outil de manipulation de la matière à l’échelle du micron.
En 2009, il a commencé à étudier la propulsion flagellaire, en se concentrant en particulier sur la possibilité d’exploiter les bactéries mobiles comme source de travail dans des dispositifs miniaturisés. Il est l’auteur d’une centaine d’articles de recherche sur des sujets allant de l’optique expérimentale à la mécanique statistique. Il a été Junior Fellow de la School for Advanced Studies Sapienza (SASS 2013-2019), lauréat d’une médaille présidentielle en Italie (Premio Le Scienze 2007) et boursier de l’ERC (Starting Grant 2012, Proof of Concept Grant 2017, Advanced Grant 2018).
Daniel Pfeiffer
Daniel Pfeiffer est un chef de groupe junior spécialisé dans la biologie cellulaire bactérienne et la motilité des bactéries magnétotactiques.
Il a obtenu son doctorat à l’université de Stuttgart en 2013. En octobre 2023, il a reçu la venia legendi de l’université de Bayreuth. Ses principaux domaines d’expertise comprennent la culture, la modification génétique et l’analyse moléculaire et comportementale de ces bactéries à l’aide de méthodes de suivi de cellules uniques et de microscopie à super résolution.
Ses recherches se concentrent sur l’étude des déterminants génétiques qui contrôlent la motilité et la polarité cellulaire chez Magnetospirillum gryphiswaldense. En particulier, ses recherches visent à caractériser les composants clés des systèmes chimiosensoriels et flagellaires complexes associés à la magnéto-aérotaxie.
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