Offre de thèse sur la dégradation ou complexification de biomolécules avec minéraux

Comportement à long Terme des Biomolécules en Présence de Surfaces Minérales : Dégradation ou Complexification ?

(English version on request)

Laboratoire d’accueil : Laboratoire d’Archéologie Moléculaire et Structurale (LAMS, UMR8220)
Adresse : Boite courrier 225, Sorbonne Université, 4 Place Jussieu 75252 Paris CEDEX 05

Responsable du stage (encadrant) : Jean-François Lambert
Tél : 01 44 27 42 00
E-mail : jean-francois.lambert@sorbonne-universite.fr
Période de stage : octobre 2024 à septembre 2027

Description du projet

 Les molécules du vivant se caractérisent par une double complexité, complexité structurale particulièrement manifeste dans les biopolymères porteurs d’information (acides nucléiques, protéines), et complexité des réseaux réactionnels. Hors des cellules vivantes, elles interagissent avec le monde minéral d’une manière qui détermine leur devenir à long terme dans les différents environnements planétaires. Le but de cette thèse est de dégager les principes généraux qui régissent ces interactions (mécanismes d’adsorption, activation catalytique), en partant du niveau moléculaire afin de comprendre et prédire les comportements macroscopiques : plus précisément, on veut appréhender quels scénarios géochimiques aboutissent à la création d’une complexité organisée (application aux origines de la vie), et lesquels induisent une destruction de cette complexité (fragmentation de l’ADN, ARN et des protéines, fossilisation des génomes et protéomes). On utilisera à cette fin une batterie des techniques spectroscopiques permettant l’observation des molécules biologiques et de leurs modifications par réaction avec les sites des surfaces minérales (IR et Raman, RMN en solution et à l’état solide, spectrométrie de masse), complémentées par des techniques de science des matériaux (analyse thermogravimétrique, diffraction des rayons X) et d’autres fournies par la biochimie (séquençage). Les minéraux sélectionnés pour l’étude incluront des silices et alumines (non poreuses), des phyllosilicates comme les argiles (smectites, serpentinites), et des silicates microporeux (zéolithes). Les systèmes minéraux/biomolécules seront soumis à des processus d’activation pouvant aussi bien catalyser la dégradation des biomolécules que la captation d’énergie libre pour former des molécules plus complexes. On étudiera de près les aspects thermodynamique et cinétique de la sélectivité de ces processus, tant en ce qui concerne la taille des polymères que leurs compositions et séquences.

Techniques et méthodes utilisées :

Spectrométrie de masse, spectrométries vibrationnelles (IR moyen, Raman), RMN du liquide et du solide, caractérisation des matériaux inorganiques (DRX, TG, RMN), séquençage ADN (nanopore). Le/la candidat.e doit avoir un diplôme de niveau M2 dans une discipline rattachée au domaine de la chimie.

REFERENCES

(1) Criouet, I.; Viennet, J.-C.; Jacquemot, P.; Jaber, M.; Bernard, S. Abiotic formation of organic biomorphs under diagenetic conditions. Geochem. Persp. Lett. 2021, 16, 40-46.

(2) Barnes, M. A.; Turner, C. R.; Jerde, C. L.; Renshaw, M. A.; Chadderton, W. L.; Lodge, D. M. Environmental Conditions Influence DNA Persistence in Aquatic Systems. Environ. Sci. Technol. 2014, 48, 1819−1827.

(3) Hazen, R. M. Mineral surfaces and the prebiotic selection and organization of biomolecules. Amer. Mineral. 2007, 91 (11-12), 1715-1729.

(4) Cleaves II, H. J.; Scott, A. M.; Hill, F. C.; Leszczynski, J.; Sahai, N.; Hazen, R. Mineral-organic interfacial processes: potential roles in the origins of life. Chem. Soc. Rev. 2012, 41 (16), 5502-5525.

(5) Bedoin, L.; Alves, S.; Lambert, J.-F. Origins of life and molecular information: selectivity in mineral surface induced prebiotic aminoacids polymerization. ACS Earth Space Chem. 2020, 4 (10), 1802-1812

(6) Rodrigues, F.; Georgelin, T.; Rigaud, B.; Zhuang, G. Z.; Fonseca, M. G.; Valtchev, V.; Jaber, M. Deadlocks of adenine ribonucleotide synthesis: evaluation of adsorption and condensation reactions in a zeolite micropore space. Inorg. Chem. Front. 2022, 9 (16), 4111-4120.

(7) Viennet, J.-C.; Bernard, S.; Le Guillou, C.; Jacquemot, P.; Delbes, L.; Balan, E.; Jaber, M. Influence of the nature of the gas phase on the degradation of RNA during fossilization processes. Appl. Clay Sci. 2020, 190, Article #105616.