Thèse Système Enzymatique Autocatalytique dans les Biocapteurs Environnementaux H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université Claude Bernard Lyon 1 École doctorale : EDISS - Interdisciplinaire Sciences-Santé Laboratoire de recherche : ICBMS - Institut de Chimie et Biochimie Moléculaires et Supramoléculaires Direction de la thèse : Guillaume OCTOBRE ORCID 0000000164933174 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-06-03T23:59:59 Le glyphosate est l'herbicide à large spectre le plus utilisé au monde depuis 1974. Au cours des dernières décennies, l'utilisation du glyphosate a fait l'objet de controverses sanitaires et nécessite donc d'être détecté, notamment dans les eaux de surface.
Pour surmonter la complexité des méthodes réglementaires de détection du glyphosate, des biocapteurs enzymatiques ont été décrits.Tandis que la majorité de ces biocapteurs se basent sur une détection indirecte du glyphosate, les précédents travaux de notre équipe ont conduit au développement d'un test basé sur l'oxydation enzymatique du glyphosate : une glyphosate oxydase et une peroxydase,toutes deux exprimées en tant que protéines de fusion avec des modules de liaison aux glucides (CBM) sont immobilisées sur une matrice cellulosique. Dans ce système, la glyphosate oxydase génère du peroxyde d'hydrogène (HO) pris en charge par la peroxydase avec un substrat chromogène ou chimiluminescent, ce qui permet la détection de concentrations de glyphosate de l'ordre de 450 nM.
Actuellement, le principal facteur limitant de ce test réside dans sa sensibilité relativement faible (concentration ciblée de 6 nM).
Dans ce projet de thèse, nous proposons de développer un système autocatalytique permettant d'amplifier la formation d'HO et donc d'améliorer la détection du glyphosate (voir la figure).
Ce système d'amplification sera basé sur l'introduction d'acides aminés non naturels dans une troisième enzyme elle-même activable par l'HO .
Les méthodes envisagées sont :
- la mutagenèse dirigée afin d'introduire les acides aminés non-naturels aux positions clés de l'enzyme d'amplification grâce à l'utilisation d'ARN de transfert spécifiques,
- l'expression et la caractérisation moléculaire et cinétique de cette nouvelle enzyme,
- la validation du système autocatalytique pour la détection du glyphosate (6 nM) en solution,
- l'intégration de cette enzyme dans un des biocapteurs existant dans l'équipe. Les herbicides représentent 46 % des ventes totales de pesticides pour une même année. Parmi eux, le glyphosate reste l'une des substances les plus utilisées. Le débat autour de l'utilisation du glyphosate en Europe reste très controversé, notamment depuis son classement comme cancérigène probable par le Centre international de recherche sur le cancer en 2015.
Néanmoins, le glyphosate continue de jouer un rôle crucial dans l'agriculture européenne et des études soulignent que peu d'alternatives égalent son efficacité, en particulier pour lutter contre les mauvaises herbes vivaces et les espèces résistantes.
Tandis que la stratégie européenne « De la ferme à la table » prône une réduction de l'utilisation des pesticides, le développement de méthodes efficaces et largement accessibles pour détecter le glyphosate est un enjeu stratégique pour atteindre ces objectifs agronomiques, économiques et de durabilité.
Les méthodes standard de détection du glyphosate reposent sur la chromatographie liquide à haute performance (HPLC) associée à la spectrométrie de masse ou la fluorescence qui nécessitent des opérateurs formés et des laboratoires centralisés, ainsi que des étapes complexes de préparation des échantillons. Ceci limite leur accessibilité et accroît la durée et les coûts d'analyse. En revanche, les biocapteurs enzymatiques présentent des réponses plus rapides, une plus grande portabilité et la possibilité d'une surveillance en temps réel sur site, avec une sélectivité et une sensibilité accrues grâce aux éléments de reconnaissance biologique utilisés. L'objectif premier de cette thèse est d'assembler un biocapteur enzymatique capable de détecter du glyphosate de l'ordre du nanomolaire dans des échantillons environnementaux.
Les objectifs intermédiaires identifiés sont :
- le développement d'un système autocatalytique enzymatique afin d'améliorer les limites de détection du biocapteur
- l'amélioration de la sélectivité des enzymes pour le glyphosate par ingénierie protéique
- l'assemblage des enzymes au sein d'un biocapteur de faible coût mais de très haute sensibilité La méthodologie utilisée sera :
- introduction d'acides aminés non canoniques dans des enzymes cibles (Biologie moléculaire)
- Expression de nouvelles enzymes en système bactérien (Biochimie des protéines)
- Mesure d'activité enzymatique et modélisation cinétique (Enzymologie)
- Immobilisation et assemblage d'un biocapteur
- Détermination des performances du biocapteur (Biochimie analytique)

Le candidat doit avoir une solide formation en biochimie avec une forte appétence pour la biologie moléculaire et l'enzymologie(cinétique, modélisation). Une expérience en mutagenèse d'enzyme (dirigée ou aléatoire) sera appréciée.
Un intérêt particulier pour les biocapteurs et les problématiques de pollution environnementale sera pris en compte.