Laboratoire d'accueil : Laboratoire de Radioécologie et d'Ecotoxicologie (LRE)

Date de début de thèse : 04/10/2010

Nom du doctorant : Benoît Goussen

Sujet de thèse

L'objectif de cette thèse est de construire un nouveau modèle qui couplera un modèle bioénergétique répondant à la théorie du Budget Energétique Dynamique (DEB) avec un modèle de dynamique adaptative dans le but d'évaluer au mieux les effets des stress anthropiques (polluants, température, etc.) sur la dynamique des populations. Pour ce faire, l'étudiant(e) générera des données expérimentales obtenues sur un organisme modèle, Caenorhabditls elegans, pour développer et valider ce modèle. Par ailleurs, ce travail contribuera a une meilleur compréhension de la relation entre les perturbations physiologiques de l'acquisition de l'énergie par la nutrition, les fluctuations de croissance et/ou de reproduction chez les organismes exposés à un polluant, et d'en estimer les conséquences potentielles sur la population en tenant compte des liens avec leurs réponses évolutives. Ce modèle permettra de conserver une réalité physiologique individuelle tout en prédisant le devenir de certains phénotypes dans une population stressée.

Matériels et méthodes

Plusieurs raisons nous ont amené à choisir Caenorhabditis elegans (Metazoa, Nematoda) pour ce travailt de doctorat:

• son cycle de vie très court (3 jours à 25°C), son taux de reproduction élevé (200 à 300 oeuflindividu), sa longévité également assez brève (17 jours en moyenne à 25°C) et sa petite taille (L=1 mm) offrent [a possibilité de travailler sur un grand nombre d'animaux et sur plusieurs générations: conditions essentielles pour étudier les réponses évolutives; 
• l'utilisation de C. elegans comme organisme modèle pour les études d'écotoxicité en milieu aquatique (eau et sédiment) et dans les sols ne cesse de croître. En effet, l'étendue des connaissances sur sa physiologie et sa biologie associée aux nombreux outils génétiques disponibles (transgènes, mutants, analyses post-génomiques, ... ) font de C. elegans un modèle biologique particulièrement approprié pour mener ce type d'étude et compiler des données de l'échelle moléculaire à la réponse du phénotype (son génome est totalement séquencé ; 13 500 gènes répartis sur 6 chromosomes; le nombre de cellule est fixe: 959 cellules chez l'hermaphrodite et le lignage cellulaire est connu) (Araiz et al., 2008) ;
• l'élevage de C. elegans est aisé et peut se faire sur des boîtes d'agar ou en milieu liquide ensemencées de bactéries (Escherichia coli).
  Plusieurs types d'élevages sont possibles (boîtes de pétri, microplaques, flasques, fermenteurs, ... ) et adaptables suivant le type d'observations envisagées (modifications à l'échelle de la molécule, de l'individu ou de la population) ; 
• la mesure des traits d'histoires de vie (survie, succès reproducteur, etc.), et des phénotypes d'intérêt (morphologie, comportement, etc.) est maîtrisée ;
• la réponse des gènes impliqués dans des processus tels que la détoxication, le stress oxydatif, le métabolisme énergétique, peut être réalisée en mesurant les niveaux de fluorescence émis par des lignées transgéniques de C. elegans; 
• les réserves énergétiques des organismes peuvent être quantifiées par la mesure des réserves lipidiques à l'aide d'un marquage colorimétrique au NileRed.
  

Par ailleurs, l'étudiant(e) pourra s'appuyer sur un autre travail de thèse qui vient de débuter au laboratoire de Radioécologie et d'Ecotoxicologie (LRE) de l'IRSN. Il s'agit du travail de Morgan Dutilleul, co-dirigé par Simon Gallas (Uni. de Montpellier), Denis Réale (Uni. du Québec à Montréal) et Jean-Marc Bonzom (IRSN). Ses objectifs principaux sont d'étudier les réponses évolutives de C. elegans soumis à des polluants (l'uranium en particulier), d'évaluer les capacités d'adaptation de cet organisme et d'en modéliser la dynamique adaptative. Le sujet de thèse proposé ici, en tenant compte des aspects énergétiques, via le développement d'un modèle DEB, viendra compléter et enrichir le travail de M. Dutilleul. L'étudiant sera donc amené à développer un nouveau modèle alliant un modèle de dynamique adaptative développé par M. Dutilleul et un modèle bioénergétique (DEB).