Microfluidics
Microfluidics
Aperçu
Plateformes microfluidiques pour cribler différents scénarios d’origine de la vie sur la Terre et sur des exoplanètes / lunes candidates
P. NGHE (ESPCI Paris – PSL)
S. MARRE (ICMCB, Bordeaux ; CNRS, Univ. Bordeaux, Bordeaux INP)
Le projet vise à étudier la possibilité de différents scénarios d’origine de la vie dans diverses conditions et environnements. A l’heure actuelle, aucun laboratoire n’a réussi à synthétiser un système vivant à partir de composés chimiques élémentaires. Dans ce but, nous développons des outils de criblage puissants, innovants et rapides qui recréent des environnements planétaires locaux dans une large gamme de conditions, comme par exemple l’altération aqueuse au sein de certaines météorites, l’eau liquide ou supercritique des lacs ou des cheminées hydrothermales en eaux profondes.
Ces outils permettent en outre de tester de nombreux mélanges réactionnels afin d’étudier des signatures de transitions clés pour l’apparition de la vie : la formation de briques biochimiques (chimie prébiotique), de polymères (complexification de la matière), la compartimentation, l’apparition de réactions autocatalytiques, et la mise en place de processus évolutifs par la sélection naturelle.
En particulier, la compartimentation a très probablement joué un rôle clé dans l’émergence de la complexité avant même l’apparition des premières cellules. Dans un contexte prébiotique, les compartiments ont pu être des pores dans des roches, de gouttes d’eau en suspension, des flaques, voire des vésicules ou des agrégats auto-assemblés. Nos outils simulent également de tels compartiments grâce à des dispositifs de microfluidique de goutte ou bien reproduisant artificiellement des pores dans des roches.
Les Tâches
Nos recherches
Evaluer les réactions de l’ARN dans la protocellule
- Hérédité et variation dans les mélanges de réactions ARN
- Couplage des réactions d’ARN avec des compartiments auto-assemblés
- Intégration de la dynamique évolutive de l’ARN dans des cycles compartimentés
- Cycles de conception/génération de biomolécules à l’aide de méthodes d’intelligence artificielle couplées à un criblage moléculaire à haut débit
Etudier l’émergence de la sélection naturelle dans les réactions auto-catalytiques compartimentées
Mise en œuvre de cycles évolutifs autonomes de réseaux de réactions chimiques compartimentés
Etudier l’auto-organisation de la matière organique exogène
Évolution de la matière organique exogène dans des conditions simulant les environnements aqueux de la Terre primitiveCriblage des paramètres expérimentaux couplé à une analyse ex situ pour identifier les briques moléculaires et/ou les oligomères/polymèresTravail analytique pour caractériser l’évolution de la matière organique exogène dans les conditions des environnements aqueux de la Terre primitive
Etudier la thermodynamique des systèmes multi-composants dans les conditions des DSVs
- Étude du transfert de masse et de chaleur des fluides hydrothermaux dans les configurations DSV
- Modélisation de la thermo hydrodynamique et du comportement géochimique
Réaliser le criblage rapide de la synthèse abiotique de molécules
Criblage de la chimie prébiotique et réactions catalytiques géochimiques en milieu poreux
Evaluer la genèse de molécules complexes dans les conditions des DSVs
Etude de l’auto-organisation de molécules complexes et de la création d’un gradient lors d’une compartimentation artificielle ou autonome en milieu confiné
Le Consortium
CNRS, ESPCI, Université de Bordeaux, Université Aix-Marseille
Des attendus scientifiques
L’un des principaux objectifs du PEPR Origins est de comprendre comment la vie peut apparaître et se développer sur une planète, y compris la Terre, les lunes glacées et les exoplanètes. Dans ce projet, nous étudierons expérimentalement l’une des transitions les plus critiques et les plus mystérieuses, à savoir le passage de petites substances chimiques à des systèmes évolutifs, finalement compartimentés dans des protocellules ou des milieux poreux. Pour relier ces transitions aux résultats obtenus pour la Terre ou les exoplanètes par d’autres projets du PEPR, nous développerons des microréacteurs qui imitent une large gamme de conditions physico-chimiques et permettent une analyse détaillée de la chimie locale qui se déroule dans ces réacteurs, ainsi que des molécules générées et de leur auto-assemblage éventuel. Nous fournirons ainsi un ensemble d’outils permettant de dire si les conditions déduites de l’observation des environnements planétaires sont compatibles avec celles permettant l’émergence de réseaux de réactions chimiques auto-organisées, telles que mesurées en laboratoire.
Des impacts sociétaux
Les techniques de criblage à haut débit qui seront développées dans le cadre du projet permettront de mettre au point des méthodes puissantes d’évolution dirigée pour la chimie et la biologie. Les applications comprennent le développement d’enzymes hautement spécifiques et robustes pour la détection de pathogènes dans les diagnostics médicaux, la découverte de nouvelles molécules pharmaceutiquement actives (par exemple, des anticorps thérapeutiques), l’évolution dirigée d’organismes synthétiques pour la bioproduction ou la biorestauration. Plus spécifiquement par domaines :
- Sciences médicales : Développement d’enzymes hautement spécifiques et robustes pour la détection de pathogènes dans les diagnostics médicaux, découverte de nouvelles molécules pharmaceutiquement actives (p. ex. anticorps thérapeutiques), évolution dirigée d’organismes synthétiques pour la bioproduction ou la biorestauration.
- Microbiologie / bioprocédés : Nouvelles approches pour la recherche microbiologique à haute pression, par exemple pour des études sur les interactions entre la pollution anthropique et les écosystèmes profonds ou sur de nouveaux métabolismes pour de nouveaux bioprocédés.
- Changement climatique et transition énergétique : Nouveaux outils pour étudier les processus bio-géochimiques impliqués dans l’utilisation des environnements profonds (océans et souterrains) tels que le stockage du CO2, le stockage de l’énergie, la production d’hydrogène.
Par ailleurs, plusieurs entreprises ont fait part de leur intérêt pour des lettres de soutien aux outils et approches microfluidiques qui seront développés et utilisés dans le cadre du projet MICROFLUDIICS. Parmi elles, Sanofi, HiFiBio (Santé), Kapsera (Microbiologie), Vermillon, Total (transition énergétique). Des contrats de collaboration potentiels seront envisagés pour le transfert de connaissances ou la création de start-ups, qui pourraient contribuer à la création d’emplois. Les innovations développées dans le cadre du projet peuvent également conduire à la création de jeunes entreprises pour le criblage de systèmes biochimiques à haute valeur ajoutée.
Développement de compétences
Une communauté de 7 chercheurs et enseignants chercheurs, 4 ingénieurs permanents ainsi que 4 postdoctorants, 2 doctorants et 1 ingénieurs qui seront recrutés dans le cadre du projet.
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