Thèse Modélisation du Métabolisme d'Overflow H/F - 59

Établissement : Université de Lille
École doctorale : Sciences de la Matière du Rayonnement et de l'Environnement
Laboratoire de recherche : Physique des Lasers, Atomes et Molécules
Direction de la thèse : Benjamin PFEUTY ORCID 000000292023941
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-05-30T23:59:59

Le métabolisme d'overflow désigne la capacité de microorganismes, tels que les bactéries et les levures, à combiner respiration et fermentation même en conditions riches en nutriments et en oxygène. Ce comportement conduit à la production de sous-produits partiellement oxydés (acétate, éthanol, lactate) alors que des voies énergétiquement plus efficaces sont disponibles.

Pourquoi les cellules adoptent-elles cette stratégie apparemment sous-optimale ? Cette question soulève un problème fondamental : comment les contraintes thermodynamiques, cinétiques et stoechiométriques s'articulent-elles pour déterminer les stratégies métaboliques ?

Cette thèse vise à développer un cadre de modélisation quantitative pour comprendre l'émergence et la régulation du métabolisme d'overflow, avec une emphase particulière sur les principes thermodynamiques et cinétiques gouvernant les réseaux métaboliques hors équilibre et leurs fonctions.

Le projet combinera différentes approches de modélisation (stoechiométriques, cinétiques, thermodynamiques) afin d'analyser :
- comment les contraintes énergétiques et la dissipation influencent les flux métaboliques ;
- comment différentes hypothèses de contrôle (allocation protéique, limitations enzymatiques, forces thermodynamiques) peuvent être intégrées dans un cadre unifié ;
- comment l'overflow émerge et se transforme lors des transitions entre sécrétion et ré-assimilation de sous-produits comme l'acétate.

Le projet est intrinsèquement interdisciplinaire, combinant développement théorique, modélisation computationnelle et analyse de données expérimentales. Bien que l'accent soit mis sur la modélisation, des jeux de données de métabolomique et de fluxomique disponibles pour Escherichia coli serviront à contraindre, calibrer et tester les modèles, assurant un lien direct entre prédictions théoriques et observations biologiques.

Cette thèse se situe à l'interface de la physique des systèmes hors équilibre, des mathématiques appliquées et de la biologie des systèmes. Elle vise à clarifier le rôle respectif des contraintes thermodynamiques et cinétiques dans l'organisation des réseaux métaboliques, et plus largement à contribuer à une compréhension physique des stratégies d'allocation des ressources chez les organismes vivants.

Le projet s'adresse à des étudiants ayant une forte formation quantitative (physique, mathématiques appliquées, modélisation), intéressés par la biologie des systèmes et le métabolisme des systèmes vivants.

Cells simultaneously produce fermentative and respiratory by-products even under nutrient-rich conditions: this project explores these metabolic trade-offs through quantitative modeling and fluxomics analysis.