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La dynamique de l'ADN chromosomique des bactéries est sans doute plus simple que celle des cellules eucaryotes. En effet, il n'est pas séparé du reste du cytoplasme par l'enveloppe nucléaire, et sa compaction nécessite moins de niveaux que la hiérarchie complexe de mécanismes observée pour l'ADN eucaryote. Néanmoins, l'organisation du nucléoïde bactérien (la région de la cellule qui contient l'ADN génomique, ainsi que plusieurs milliers de protéines associées) est encore mal comprise et des questions fondamentales restent sans réponse, malgré les efforts de longue haleine de nombreux groupes. Par exemple, la nature du mécanisme qui conduit à la compaction de l'ADN par 1000 à l'intérieur du nucléoïde et à sa séparation du reste du cytoplasme est encore mal comprise. De plus, l'ADN de la plupart des bactéries est circulaire et en superhélice négative, mais le rôle de la superhélice et ses interférences avec des processus biologiques fondamentaux, comme la compaction, la réplication ou la transcription de l'ADN, font l'objet de débats permanents.
L'objectif du stage proposé est précisément de mieux comprendre la dynamique du nucléoïde bactérien par la modélisation et les simulations moléculaires à gros grains. Nous avons récemment démontré que de tels modèles suggèrent que le mécanisme principal de la formation du nucléoïde bactérien est une séparation de phase ségrégative conduite par la démixtion de l'ADN et d'autres macromolécules globulaires non interagissantes présentes dans le cytoplasme, vraisemblablement des ribosomes. Le travail proposé vise à approfondir ces résultats et à affiner les modèles actuels, afin de mieux comprendre la formation du nucléoïde, le rôle du superenroulement et les interactions inévitables entre tous les mécanismes qui ont lieu dans la cellule. Il s'agira donc de construire un modèle à gros grains du cytoplasme avec tous les ingrédients obligatoires, à savoir l'ADN superenroulé, les macromolécules d'encombrement sans interaction et les protéines liées à l'ADN, et de lancer des simulations sur les longues échelles de temps nécessaires pour étudier ces mécanismes.

Publications connexes :

[1] In vivo compaction dynamics of bacterial DNA : A fingerprint of DNA/RNA demixing ? M. Joyeux, Current Opinion in Colloid & Interface Science, 26, 17-27 (2016)

[2] Role of salt valency in the switch of H-NS proteins between DNA-bridging and DNA-stiffening modes. M. Joyeux, Biophysical Journal, 114, 2317-2325 (2018)

[3] Bacterial nucleoid : Interplay of DNA demixing and supercoiling. M. Joyeux, Biophysical Journal, 118 (2020) 2141-2150

Formation et compétences attendues :

Le stage proposé consiste à écrire/modifier des codes informatiques (essentiellement en langage C + parallélisation openMP) pour implémenter le modèle de la cellule bactérienne, à lancer des simulations et à exploiter les résultats de ces simulations. Le candidat doit avoir de bonnes connaissances en physique et être habitué à travailler avec des ordinateurs. Les connaissances pertinentes en biologie/biophysique pourront être acquises au cours des premières semaines du stage.
Mis à jour le 21 juin 2022