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Offre de thèse (H/F) sur: Développement de méthodes de cryomicroscopie électronique pour l'étude de la fonctionnalisation des enzymes membranaires et du colmatage des membranes dans leurs conditions natives (hydratées)

Cette offre est disponible dans les langues suivantes :
- Français-- Anglais

Date Limite Candidature : mardi 23 avril 2024

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Informations générales

Intitulé de l'offre : Offre de thèse (H/F) sur: Développement de méthodes de cryomicroscopie électronique pour l'étude de la fonctionnalisation des enzymes membranaires et du colmatage des membranes dans leurs conditions natives (hydratées)
Référence : UMR6502-PATABE-004
Nombre de Postes : 1
Lieu de travail : NANTES
Date de publication : mercredi 14 février 2024
Type de contrat : CDD Doctorant/Contrat doctoral
Durée du contrat : 36 mois
Date de début de la thèse : 6 mai 2024
Quotité de travail : Temps complet
Rémunération : La rémunération est de 2135,00 € bruts mensuels
Section(s) CN : Matière molle : synthèse, élaboration, assemblages, structure, propriétés, fonctions

Description du sujet de thèse

Missions :
Les microalgues constituent une bioressource précieuse et prometteuse pour la récupération des nutriments et des produits chimiques, avec un rendement de production très élevé par rapport aux plantes supérieures. Cependant, la plupart des biomolécules libérées se rassemblent en agrégats, ce qui limite actuellement l'efficacité de leur séparation. L'ambition du projet collaboratif international PREMIUM (voir plus de détails ci-dessous) est de s'attaquer à cette limitation industrielle majeure en développant un réacteur membranaire biocatalytique pour la récupération efficace des biomolécules. Le procédé sera basé sur des membranes sur lesquelles des enzymes seront greffées, afin de coupler réaction enzymatique et filtration membranaire. Dans ce contexte, l'objectif principal de cette thèse est de développer des méthodes pionnières de cryomicroscopie électronique pour la caractérisation des membranes, afin d'évaluer la disponibilité des enzymes et les propriétés de filtration à l'échelle nanométrique. Ces informations, qui ne sont pas disponibles actuellement, sont cruciales pour concevoir une nouvelle génération de réacteurs membranaires biocatalytiques qui pourraient permettre la valorisation de la biomasse microalgale et accompagner une transition vers une croissance et un développement durables, avec des impacts potentiels dans le domaine alimentaire pour assurer l'accès à une alimentation saine et sûre pour les générations futures, les énergies durables, et la chimie et l'ingénierie vertes.
Nous avons déjà démontré la capacité du MEB/FIB 3D, utilisé à des températures cryogéniques et combiné à des méthodes de préparation d'échantillons par cryofixation, à fournir des informations 3D quantifiables sur la structure des pores et le colmatage des membranes de filtration. De nouvelles méthodes combinant ces avancées techniques avec des techniques d'immunomarquage sont nécessaires pour localiser précisément les enzymes dans les membranes. Les informations à l'échelle du nanomètre sur la structure des pores, la localisation, la quantité d’enzymes et le colmatage serviront à développer des membranes fonctionnalisées et à comprendre le processus intensifié couplant la réaction enzymatique et la filtration membranaire à l'échelle locale.

Activités :
Vous adapterez aux géométries de fibres creuses les méthodes 3D cryo-MEB/FIB développées à l'IMN en collaboration avec le GEPEA pour les géométries de membranes planes de filtration. Les tâches comprennent la préparation des échantillons par congélation à haute pression (HPF) afin de préserver l'état vitrifié homogène sur toute l'épaisseur de l'échantillon.
Vous explorerez la combinaison du MEB/FIB 3D avec le marquage à l'or de récepteurs spécifiques (techniques immunogold) pour localiser sélectivement et précisément les enzymes à la surface et à l'intérieur des membranes en haute résolution. Vous explorerez des approches corrélatives si nécessaire.
Vous chercherez à visualiser simultanément les enzymes et les biomolécules responsables du colmatage et étudierez ce dernier avec et sans enzymes.
Vous utiliserez vos résultats expérimentaux pour vous concentrer sur la relation structure-propriétés afin d'orienter le développement de nouvelles membranes et les efforts de modélisation de ces membranes du projet PREMIUM.
Vous aurez accès aux installations uniques de microscopie électronique analytique et d'imagerie de la plateforme PLASSMAT de l'IMN et travaillerez avec un appareil de pointe à double faisceau MEB/FIB (ZEISS Crossbeam 550L) avec EDX et capacités cryogéniques pour l'imagerie 3D des échantillons, ainsi qu'avec des logiciels de traitement des données (Dragonfly, ImageJ). D'autres analyses d'imagerie et de spectroscopie peuvent être réalisées à l'aide de la microscopie électronique à transmission à balayage (STEM) et de la spectroscopie de perte d'énergie des électrons (EELS) dans des conditions cryogéniques. Le Nant'Themis (S)TEM (Thermo Fisher Scientific Themis Z G3) sera utilisé, équipé de supports spécialisés pour la cryo-EM (-178 °C), d'un mode à faible dose et de détecteurs très sensibles (détection directe des électrons) couplés au spectromètre EELS.
Ce projet est le fruit d'une collaboration entre le GEPEA (E. Couallier) et l'IMN (P. Abellan, P. Moreau). La production d'extraits de microalgues, les tests de filtration avec différentes membranes sur des pilotes à l'échelle laboratoire seront réalisés au GEPEA. Des solutions modèles, représentatives des extraits de microalgues avec une complexité progressive, pourront être également formulées et filtrées pour aider à la compréhension du colmatage des membranes. Les performances du procédé (flux, rétention, ...) seront caractérisées. Des membranes fonctionnalisées par des enzymes seront obtenues en collaboration avec , l’institut d’ingénierie des surfaces de Leipzig, IOM (A. Schulze).
Le/La doctorant(e) sera co-supervisé(e) par des chercheurs du GEPEA et de l'IMN et devra assister aux réunions hebdomadaires de microscopie électronique à l'IMN et maintenir une forte interaction, y compris en assistant aux réunions prévues, avec le groupe du GEPEA. Une collaboration étroite avec l'IOM à Leibniz, en Allemagne, est prévue. Il/Elle participera également aux réunions du consortium et y présentera ses résultats, avec tous les collaborateurs du GEPEA, de l'IMN et de l'IOM.

Compétences :
Vous possédez (ou êtes sur le point d'obtenir) un Master 2 (M2) ou équivalent avec une formation en chimie, en science des matériaux, en microscopie électronique, en sciences physiques, en génie chimique, en génie des procédés, en bioprocédés, en biologie ou une expérience proche.
Vous êtes enthousiaste et vous êtes fortement intéressé par la réalisation de travaux expérimentaux précis à l'aide d'équipements avancés, de plans expérimentaux et de méthodes de traitement des données.
Vous souhaitez un projet interdisciplinaire présentant des avantages potentiels pour l'industrie et les fabricants.
La personne recrutée devra être soucieuse de la qualité, consciencieuse, créative et désireuse d’un travail coopératif, avec un goût pour la rigueur scientifique.
Vous êtes capable de communiquer avec différents publics et avez un haut niveau d'anglais.
Une certaine expérience en laboratoire est nécessaire en raison des développements méthodologiques expérimentaux attendus. Une expérience du traitement des données et du travail statistique serait appréciée. Une expérience dans les domaines de la spectroscopie, de la chimie analytique, des techniques d'immunomarquage, des interactions faisceau-matière ou de la microscopie serait également appréciée.

Contexte de travail

Cette thèse est financée dans le cadre d'un projet de recherche collaboratif international (PRCI) soutenu par les agences nationales de recherche française et allemande (ANR et DFG). Le projet ANR PRCI PREMIUM associe trois laboratoires ayant de fortes collaborations : l'Institut des Matériaux de Nantes Jean Rouxel (IMN, UMR 6502, Nantes, France), le Laboratoire de Génie des Procédés pour l'Environnement et l'Alimentation (GEPEA, UMR CNRS 6144, Saint-Nazaire, France) et l'Institut Leibniz de Génie des Surfaces (IOM, Leibniz, Allemagne).
Le laboratoire hôte où la plupart des travaux de recherche de cette thèse seront effectués est l'Institut des Matériaux de Nantes Jean Rouxel (IMN, UMR 6502, http://www.cnrs-imn.fr ). L'IMN est un centre de recherche commun au CNRS et à Nantes Université, composé de plus de 200 agents, dont plus de 110 personnels permanents, parmi lesquels 29 ingénieurs, et environ 90 doctorants, post-doctorants et ingénieurs en CDD. Vous serez basé au Centre de Microcaractérisation (CMC) de l'IMN et interagirez avec d'autres doctorants et postdocs travaillant en microscopie électronique sur une myriade de problèmes différents. Vous rejoindrez l'équipe PMN (Physique des matériaux et nanostructures), dans le cadre d'un axe de recherche visant l'étude des matériaux carbonés et de leurs interfaces à l'échelle nanométrique. Ce travail sera effectué sous la supervision de Patricia Abellan, chercheuse CNRS du groupe PMN ayant une large expertise sur l'imagerie des matériaux sensibles aux faisceaux.
Le/La doctorant(e) sera co-dirigé(e) et devra avoir des réunions et des interactions régulières avec le Laboratoire de Génie des Procédés, Environnement et Agroalimentaire (GEPEA), situé à Saint-Nazaire, qui est une unité mixte de recherche (UMR CNRS 6144, https://www.gepea.fr/ ) entre le CNRS, l'université de Nantes, l'IMT Atlantique et l'ONIRIS. Le GEPEA qui compte 180 personnes, est aujourd'hui l'un des trois principaux centres français en génie des procédés, jouissant d'une réputation nationale et internationale. Le GEPEA et plus particulièrement l'équipe "Bioprocédés appliqués aux microalgues" est reconnu pour ses travaux sur la culture des microalgues, avec une forte activité sur le développement du bioraffinage de ces ressources précieuses. Les chercheurs et les étudiants participent au développement de nouveaux projets industriels grâce à des équipements innovants tels que la plateforme AlgoSolis pour la valorisation des microalgues (photobioréacteurs à l'échelle pilote en intérieur, en serre et en extérieur pour la production de biomasse en conditions contrôlées et unités en aval adaptées pour la lyse des cellules, la clarification et le fractionnement des biomolécules). La personne recrutée fera également partie de l'équipe Bioprocédés appliqués aux microalgues (BAM) et sera impliquée dans le thème du bioraffinage.
Les deux laboratoires sont situés dans la région nantaise, avec des déplacements aisés en utilisant les transports en commun.
La thèse se déroulera dans le cadre de l'école doctorale 3MG (Matériaux Matières Molécules Géosciences).
Ce projet sera réalisé dans le cadre du consortium ANR PRCI PREMIUM en étroite collaboration avec l'institut IOM de Leipzig, Allemagne (https://www.iom-leipzig.de/en/ ), et en particulier avec le Dr. Agnes Schulze. De courts séjours au laboratoire de l'IOM en Allemagne peuvent être effectués.
Afin de préparer les échantillons, plusieurs voyages par an à Rennes ou Bordeaux pourraient être nécessaires dans des laboratoires spécialisés dans la préparation de congélation à haute pression (HPF).

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

Pas de contraintes ni de risques spécifiques

Informations complémentaires

Projet ANR PRCI PREMIUM. Projet de recherche collaboratif international (PRCI) soutenu par les agences nationales de recherche française et allemande (ANR et DFG).