Description du sujet de thèse

Analyse des composés organiques volatils dans l’air expiré pour le diagnostic rapide d'infections respiratoires émergentes

Les composés présents dans l’air expiré reflètent directement le métabolisme humain et peuvent donc indiquer l'état physiopathologique de l'organisme et servir en outre de marqueurs potentiels à de nombreuses pathologies comme les cancers ou les infections virales. Ainsi ce travail de thèse s’attachera à travaille à la conception d’une nouvelle méthodologie pour détecter des composés présents dans l’air expiré qui pourront révéler des infections virales (SARS-CoV-2, grippe) et bactérienne (Legionella pneumophila). Aussi simple et rapide qu’un éthylotest, cette méthodologie se base sur les incroyables performances d’une nouvelle génération d’instruments. Ainsi un nouveau champ pour le dépistage de pathologies respiratoires pourrait voir le jour.

Pour ce faire, le candidat au doctorat se concentrera sur
(i) le développement de l'émission de COV des cultures cellulaires qui seront infectées par des bactéries et des virus pendant les 12 premiers mois de son travail ;
(ii) l'analyse des COV par Vocus-PTR pendant l'essai clinique. Plus spécifiquement, le candidat au doctorat sera en charge de l'instrument Vocus-PTR et aidera à recueillir l'air expiré pendant l'essai clinique. Cela fera partie de la première et de la deuxième année de son doctorat.

Ensuite, le travail principal effectué par le candidat
(iii) consistera à réaliser les expériences in vitro, notamment sur la culture axénique et cellulaire pour Legionella. Il/elle sera en charge de concevoir la procédure expérimentale, de collecter les données. Ce travail sera réalisé en collaboration avec le deuxième doctorant de l'équipe VirPath qui sera formé à la culture virale ;

(iv) De plus, le candidat sera responsable de l'analyse des données COV collectées au cours des différentes tâches et d'interagir directement avec les biostatisticiens pour développer une méthodologie d'analyse permettant d'identifier les biomarqueurs et le profil COV. La comparaison de la composition chimique obtenue au cours des expériences in vitro et in vivo sera également tentée pour évaluer la faisabilité de l'identification des marqueurs COV clés à partir de systèmes cellulaires simplifiés.

Contexte de travail

Les interactions humaines et le commerce international ont accéléré la propagation d’espèces et de virus envahissants, qui ont de graves conséquences économiques, environnementales et écologiques. La pandémie de COVID-19, qui a circulé dans 206 pays et a entraîné des millions de décès, est un exemple frappant de notre fragilité face aux agents pathogènes et de la rapidité et de l’ampleur de leur propagation en raison du commerce et des voyages. Cette crise sanitaire en cours met également en évidence les principales limites des méthodes actuelles de dépistage médical, qui se limitent à quelques centaines de tests/1Mpop/jour et restent extrêmement lentes en situation d’épidémie. En outre, elle montre que la transmission virale, en particulier par voie aérienne, n’est pas bien comprise, en raison du manque de techniques capables de détecter les virus en suspension dans l’air. Avec l’augmentation de la mobilité humaine, les pandémies virales et/ou bactériennes devraient menacer de plus en plus notre survie. Pour les contenir, nous devons accélérer les tests médicaux et accroître leur accessibilité à une population plus large. En résumé, il est clairement nécessaire de développer les capacités de détection des agents pathogènes et des virus aux premiers stades de l’infection, afin de gérer efficacement leurs impacts sur la santé.

Une approche prometteuse, testée pendant la pandémie de COVID-19, consiste à analyser l'air expiré, qui contient des composés organiques volatils (COV). La détection de COV spécifiques liés à des maladies ou à des processus métaboliques spécifiques pourrait améliorer considérablement le diagnostic des maladies, offrant une alternative rapide, non invasive et rentable aux méthodes de diagnostic conventionnelles.

L'objectif de ce travail de doctorat est de développer une méthodologie basée sur des techniques de spectrométrie de masse (e.g., Vocus-PTR) pour analyser les COV dans l'air expiré afin d'identifier les métabolites permettant l'identification des infections virales et bactériennes, notamment les virus de la grippe, le SARS-CoV-2 et Legionella pneumophila.

Le poste se situe dans un secteur relevant de la protection du potentiel scientifique et technique (PPST), et nécessite donc, conformément à la réglementation, que votre arrivée soit autorisée par l'autorité compétente du MESR.

Contraintes et risques

Le travail interdisciplinaire se déroulera à l'interface entre deux instituts de recherche (CIRI et IRCELYON) et favorisera la collaboration et l'interaction au sein du projet VORTEX. Le candidat acquerra une double compétence en biologie, incluant les aspects physico-chimiques, la microbiologie et les interactions pathogène-cellule hôte, en chimie analytique (spectrométrie de masse) et en analyse statistique (analyse de clustering). Il/elle sera formé(e) à différents modèles d'infection de cellules en culture utilisant des cellules A549, THP1 et des modèles in vitro 3D de voies aériennes supérieures et d'épithélium alvéolaire.