Université PSL

Les projets de recherche

L’IPGG offre des financements postdoctoraux pour des projets où la microfluidique joue un rôle central au sein des équipes de recherche membres de l'IPGG.

Nous mettons un accent particulier sur les projets "à haut risque scientifique", ceux qui sont difficiles à financer par les sources habituelles (ANR, etc.).

Nous donnons la possibilité de nous proposer plusieurs thèses pour un seul projet au sein de différents laboratoires de l’IPGG.

Nous souhaitons soutenir un ou deux projets de plus grande ampleur pour lequel, grâce à une synergie mise en œuvre au sein de l’IPGG, il sera possible de relever des défis d’envergure.



A Reactor for the emergence of EVOlution from LIfe’s building blocks (REVOLI)

Equipes :
LBC
Porteurs du projet :
Tommaso Fraccia & Philippe Nghe
Année d'obtention :
2020

The Miller-Urey experiment has revolutionized the field of the origin of life (OoL) by showing that chemical mixtures in prebiotic conditions could lead to the synthesis of life’s building blocks. We want to tackle the next step: explain how building blocks can polymerize and self-organize into compartmentalized reaction networks capable of evolution, thus making the bridge between physico-chemistry and biology.
We will set-up an experiment where mixtures of biomolecular building blocks (of RNA, peptides, lipids) are submitted to dry-wet cycles in an open reactor. This implementation of Darwin’s “warm little pond” with day-night cycles provides two key ingredients: enhanced reactivity during the dry phase, and compartmentalization of chemical networks in vesicles during the wet phase. We will study the emergence of evolution, the signature of which are an increasing complexity of biopolymers across cycles and changes in the physical properties of vesicles which correlate with their ability to persist under selection. If successful, this experiment would be the first demonstration of spontaneous emergence of evolution in a physico-chemical system. Furthermore, it would open a completely novel avenue in synthetic biology, by-passing the need to build complex artificial cells while allowing the same range of applications: it will become possible to leverage the power of Darwinian evolution


Exploration statistique des gradients de fitness

Equipes :
LBC
Porteurs du projet :
Clément NIZAK
Année d'obtention :
2016

Les paysages adaptatifs déterminent la dynamique évolutive, par analogie avec les paysages de potentiel qui gouvernent la dynamique des systèmes physiques. Etant donné leur dimension élevée (typiquement 10200), il est impossible d’appréhender exhaustivement leur structure locale et globale. La possibilité d’inférer la dynamique évolutive à long terme à partir du gradient local du paysage adaptatif reste donc une question ouverte. Nous proposons de sonder le gradient du paysage adaptatif au voisinage de 103 gènes en caractérisant les phénotypes au sein de leur voisinage dans l’espace des séquences. Pour cela nous allons effectuer une cartographie génotype-phénotype de milliers de mutants ponctuels au voisinage de chacun de ces 103 gènes, en suivant notre stratégie basée sur la microfluidique en gouttelette. Ensuite nous analyserons la relation entre le résultat de l’évolution à long terme à partir de ces gènes et le gradient local du paysage adaptatif dans leur voisinage. Finalement, nous étendrons notre technologie microfluidique afin de sélectionner des gènes directement en fonction de leur gradient local de paysage adaptatif (au lieu de leur potentiel adaptatif), ce qui ouvrira à la sélection pour l’évoluabilité des gènes codant les protéines.


Évolution expérimentale de réseaux d'interactions bio-moléculaires

Equipes :
LBC
Porteurs du projet :
Philippe NGHE
Année d'obtention :
2014

Comment évoluent les réseaux d’interactions bio-moléculaires reste une question ouverte en raison d’un manque de systèmes expérimentaux appropriés. Nous proposons une approche innovante pour explorer le potentiel évolutif de réseaux, en combinant réactions ADN, microfluidique de gouttes et séquençage haut débit. Pour chaque expérience, nous créerons ~106 génomes combinatoires, par ADNs initiallement liés à des billes d’hydrogels puis libérés dans des gouttes après encapsulation. Les topologies des différents réseaux, les signaux d’entrée et de sortie seront codés sous la forme d’oligo-nucléotides, et intégralement quantifiés par séquençage grâce à une technologie de codes-barres ADN. L’échelle sans précédent de cette approche
(amélioration d’un facteur 104-105) permettra d’explorer la relation entre structure du réseau et fonction et d’identifier des contraintes évolutives, avec des applications à la biologie synthétique des systèmes de régulation.


Combiner la microfluidique de goutte et le séquençage à haut débit pour produire une cartographie génotype/phénotype de haute résolution et l'évolution dirigée de protéines

Porteurs du projet :
Andrew Griffiths
Année d'obtention :
2013

La compréhension des mécanismes d’adaptation du vivant vis-à-vis de changements et de stress environnementaux est un enjeu sociétal majeur en termes économiques, médicaux et écologiques. Notre but est de reconstruire les trajectoires évolutives de millions de bio-molécules soumises à des perturbations environnementales dans des conditions contrôlées au laboratoire. Notre approche interdisciplinaire, basée sur une combinaison de techniques de pointe (microfluidique en gouttelette et séquençage à haut débit) permettra de produire une représentation très riche de la réponse adaptative au niveau moléculaire au stress environnemental.

La diversité des mécanismes d’adaptation, les échelles de temps mises en jeu, l’impossibilité de reconstruire les trajectoires évolutives passées, et notre manque d’information concernant les conditions environnementales passées et futures empêchent a priori de construire une vision complète des processus biologiques adaptatifs et de leur optimisation. Les expériences d’évolution dirigée basées sur des schémas évolutifs darwiniens en conditions contrôlées au laboratoire permettent de surmonter certaines des limitations de l’étude des processus biologiques adaptatifs. En particulier au niveau moléculaire, l’évolution dirigée permet de contrôler précisément la pression de sélection, le taux de mutation aléatoire et donc de suivre des échelles de temps aussi longues que l’on veut. Le développement récent des techniques de séquençage à haut débit permet de suivre en parallèle de larges populations de mutants et donc de développer une analyse statistique de l’adaptation au niveau moléculaire.

Nous proposons d’analyser, à une échelle et une résolution sans précédents, les trajectoires évolutives de bio-molécules soumises à des pressions environnementales contrôlées au laboratoire. Nous combinerons l’évolution dirigée par microfluidique en gouttelette et le séquençage à haut débit pour étudier l’adaptation d’une protéine-modèle, l’enzyme SGAP (Streptomyces griseus aminopeptidase). Nous suivrons des millions de trajectoires évolutives en parallèle en contrôlant précisément la pression de sélection de l’environnement. Nous évoluerons l’enzyme SGAP, qui est naturellement une leucine-aminopeptidase, afin qu’elle acquiert des fonctions nouvelles telles que valine- ou glycine-aminopeptidase, ou phosphodiesterase. Nous effectuerons l’évolution dirigée d’une population de variants de SGAP en sélectionnant pour des niveaux arbitraires d’activité enzymatique associée à ces nouvelles fonctions grâce aux substrats fluorogéniques que nous développons et produisons au laboratoire. L’analyse à haut débit par microfluidique en gouttelette fournira les phénotypes respectifs de 10^6 variants en moins d’une heure et les variants seront triés en fonction de leur phénotype. Après cette étape de tri, les gènes des variants seront étiquetés avec un code-barres portant leur phénotype et la condition environnementale. Le séquençage à haut débit des gènes étiquetés fournira une cartographie de la relation génotype/phénotype de 10^6 variants, en une seule expérience massivement parallèle. L’analyse statistique des données de séquençage permettra de reconstruire les trajectoires évolutives de chacun des 10^6 variants soumis à des pressions environnementales successives, et d’extraire ensuite les paramètres qui déterminent le potentiel adaptatif des bio-molécules.
Notre étude fournira une représentation à grande échelle de la réponse biologique adaptative aux changements environnementaux au niveau moléculaire, et une compréhension plus profonde des mécanismes d’évolution de nouvelles fonctions des protéines et de leur optimisation. Les résultats attendus et notre nouvelle stratégie auront des applications avec un impact très large, notamment pour l’optimisation d’enzymes d’intérêt industriel, de protéines thérapeutiques, et de la conception d’anticorps et vaccins anti-viraux.


4 projets.