Offre de doctorat: Holographie numérique guidée par la physique et pinces optiques pour étudier la nucléation précoce des biofilms bactériens (H/F)

Description du Poste

Sujet De Thèse

Holographie numérique guidée par la physique et pinces optiques pour étudier la nucléation précoce des biofilms bactériens

Votre Environnement de Travail

Les biofilms bactériens sont des communautés structurées de bactéries intégrées dans une matrice extracellulaire qu’elles produisent elles-mêmes. Ils constituent le mode de vie dominant des bactéries dans de nombreux environnements naturels et cliniques. Ils sont également d’une grande importance pratique, car ils peuvent fortement augmenter la tolérance des bactéries aux antibiotiques, aux réponses immunitaires et aux contraintes hydrodynamiques. Pourtant, les mécanismes physiques qui gouvernent les premières étapes de la nucléation des biofilms restent mal compris.
Dans la vision classique, la formation d’un biofilm commence lorsqu’une bactérie nageant librement rencontre une interface liquide-solide, adhère, puis subit des changements physiologiques qui favorisent la production de matrice et la croissance sessile. Cependant, cette transition initiale entre vie nageante et vie attachée à une surface est difficile à observer expérimentalement, car elle est rare, rapide et fortement hétérogène d’une cellule à l’autre. Plus généralement, on ignore encore si l’attachement irréversible est purement stochastique ou si certaines cellules sont déjà mécaniquement ou physiologiquement prédisposées à initier un biofilm. De plus, un nombre croissant d’observations suggère que la nucléation peut aussi se produire par formation de petits agrégats en suspension, avant toute interaction permanente avec une interface.
Répondre à ces questions nécessite des approches combinant physique quantitative, microscopie avancée et perturbations contrôlées à l’échelle de la cellule unique. L’holographie numérique permet de suivre en trois dimensions, sans marquage, des bactéries et de petits agrégats dans des volumes relativement grands, ce qui la rend particulièrement adaptée à l’étude d’événements rares de nucléation et des dynamiques qui les précèdent. Les pinces optiques, au contraire, permettent de perturber mécaniquement des cellules individuelles et d’interroger de manière contrôlée les interactions cellule-interface ou cellule-cellule. Ensemble, ces méthodes offrent un cadre puissant pour étudier la nucléation précoce des biofilms comme un problème de biophysique de la cellule unique et de matière molle hors équilibre.
La doctorante ou le doctorant recevra une formation interdisciplinaire à l’interface entre optique, biophysique, microbiologie et physique statistique. Elle ou il acquerra une expérience pratique en holographie numérique, pinces optiques, développement de microscopes, analyse quantitative d’images, modélisation directe de signaux optiques, problèmes inverses, programmation en Python et Matlab et, selon l’évolution du projet, microfluidique et culture bactérienne

Contraintes et risques

Nous recherchons une candidate ou un candidat très motivé ayant une formation en physique et un intérêt marqué pour l’optique, la matière molle, la physique statistique ou la biophysique quantitative. De solides compétences en programmation sont essentielles, idéalement en Python et/ou Matlab.
• formation en physique, optique, biophysique, matière molle, physique statistique ou discipline proche ;
• goût prononcé pour la théorie, la modélisation quantitative et l’analyse de données ;
• motivation réelle pour mener des expériences exigeantes et concrètes ;
• intérêt pour l’holographie numérique, les pinces optiques, la modélisation optique, la diffusion de la lumière, les problèmes inverses ou la microscopie avancée ;
• capacité à passer de la modélisation à l’analyse d’images, à l’instrumentation et aux expériences biologiques ;
• curiosité, rigueur, autonomie et créativité pour résoudre des problèmes expérimentaux et computationnels ;
• enthousiasme pour le travail dans un environnement interdisciplinaire à l’interface entre physique, biologie et instrumentation.
Une expérience en pinces optiques, modélisation optique, microscopie, systèmes bactériens ou microfluidique serait particulièrement appréciée, mais n’est pas indispensable. Un bon niveau de communication en anglais est un atout ; la connaissance du français n’est pas requise.
Activités :
• développer des modèles directs, fondés sur la physique, des signaux optiques mesurés en holographie numérique et en pinces optiques ;
• construire des outils d’ajustement et d’inférence pour extraire des données expérimentales la position tridimensionnelle, l’orientation, la distance à l’interface et des signatures de wobble ou de structure d’agrégats ;
• utiliser l’holographie numérique pour imager en trois dimensions des bactéries et de petits agrégats près d’interfaces et en suspension ;
• suivre des bactéries individuelles près de surfaces et quantifier les caractéristiques précédant l’attachement, notamment la vitesse, l’orientation, le temps de résidence près de la paroi, l’angle d’approche, les inversions de nage et les dynamiques rotationnelles ;
• réaliser des expériences de pinces optiques pour mettre des bactéries individuelles en contact contrôlé avec des interfaces puis, dans un second temps, sonder les interactions cellule-cellule ;
• analyser l’influence de la durée de contact, de la force optique appliquée et de collisions répétées sur la probabilité d’adhésion ;
• réaliser de l’analyse quantitative d’images, de séries temporelles, de la modélisation inverse et des analyses statistiques ;
• programmer principalement en Python, et éventuellement en Matlab ;
• participer à la culture bactérienne, à la préparation d’échantillons et, selon l’orientation du projet, à des expériences de microfluidique ou à d’autres activités de laboratoire humide ;
• présenter les résultats en réunions d’équipe, ateliers scientifiques, conférences et publications.

Le projet vise à identifier les états physiques et les interactions qui précèdent la nucléation des biofilms bactériens, en combinant des expériences quantitatives et une modélisation guidée par la physique sur deux plateformes optiques complémentaires : l’holographie numérique et les pinces optiques. La question centrale est de déterminer si les bactéries qui initient un biofilm, soit par attachement irréversible à une interface liquide-solide, soit par agrégation précoce en suspension, présentent des signatures optiques, dynamiques ou mécaniques distinctives avant la nucléation.
La thèse sera structurée en deux étapes. Le cœur du projet portera sur la nucléation de surface à une interface liquide-solide, depuis l’imagerie holographique de bactéries nageant librement près des surfaces jusqu’aux expériences d’attachement contrôlé par pinces optiques. Selon l’avancement du projet, la thèse pourra ensuite être étendue à l’agrégation précoce en suspension, en utilisant la même combinaison d’imagerie holographique, de modélisation optique et de perturbation mécanique contrôlée.
Les candidatures seront examinées au fil de l’eau jusqu’à ce que le poste soit pourvu. Le dossier devra comprendre un CV, une courte lettre de motivation décrivant les intérêts de recherche et l’adéquation avec le poste proposé

Rémunération et avantages

Rémunération

La rémunération est d'un minimum de 2300,00 € mensuel

Congés et RTT annuels

44 jours

Pratique et Indemnisation du TT

Pratique et indemnisation du TT

Transport

Prise en charge à 75% du coût et forfait mobilité durable jusqu’à 300€

À propos de l’offre

À propos du CNRS

Le CNRS est un acteur majeur de la recherche fondamentale à une échelle mondiale. Le CNRS est le seul organisme français actif dans tous les domaines scientifiques. Sa position unique de multi-spécialiste lui permet d’associer les différentes disciplines pour affronter les défis les plus importants du monde contemporain, en lien avec les acteurs du changement.

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