Titre du sujet de thèse proposé : Diversité et écologie chimique du genre Gambierdiscus dans l’océan Atlantique, avec un focus sur Gambierdiscus excentricus et les ciguatoxines dans les Antilles
– Directeur de thèse : Philipp HESS
– Co-directeur de thèse : Rodolphe LEMEE
– Laboratoire/unité, département d’accueil : Laboratoire Phycotoxines, Ifremer, Nantes
– Ecole doctorale : Ecole Doctorale des Sciences de la Mer et du Littoral, Université de Bretagne Loire (https://ed-sml.u-bretagneloire.fr/fr), Université de Nantes.
– Cofinancement envisagé : Région des Pays de la Loire (printemps 2018)
– Employeur envisagé : contrat Ifremer
– Date limite de candidature : 30 avril 2018
– Modalité de candidature : Curriculum vitae, lettre de motivation et relevés de notes (M1 et M2) à envoyer directement à [email protected] et à soumettre sur le site https://theses.u-bretagneloire.fr/sml/theses-2018

Résumé et mots-clés en français :
La ciguatéra est un empoisonnement connu depuis plusieurs siècles dans les Caraïbes, y compris dans les Antilles françaises, pour toucher régulièrement des consommateurs de poisson (Ciguatera Fish Poisoning = CFP). Les dinoflagellés du genre Gambierdiscus ont été incriminés suite aux empoisonnements accrus récents dans les îles Canaries et les récentes études espagnoles. Les études du laboratoire Phycotoxines – en collaboration avec les collègues de la NOAA (Beaufort) – ont confirmé que l’espèce Gambierdiscus excentricus produit une forte toxicité, à la fois du type maïtotoxine (MTX) et du type ciguatoxine (CTX). Un analogue de la maïtotoxine, la MTX4, a pu être identifié dans toutes les souches de cette espèce, en provenance des Caraïbes, des îles Canaries ainsi que du Brésil. Cette thèse aura pour but de : (i) identifier la ou les toxines produite(s) par l’espèce Gambierdiscus excentricus qui a (ont) une activité du type ciguatoxine ; (ii) clarifier la diversité chimique du genre Gambierdiscus afin de confirmer le rôle de contributeur majeur de G. excentricus au flux des CTX dans l’océan Atlantique ; et (iii) examiner le rôle écologique des toxines du type MTX ou CTX envers des compétiteurs micro-algaux et des représentants de la faune de la chaîne trophique. Pour ce faire, le doctorant s’appuiera sur les techniques de spectrométrie de masse haute résolution et de fractionnement bioguidé, développées au préalable au laboratoire Phycotoxines et à MMS, ainsi que sur l’expérience du Laboratoire d’Océanographie de Villefranche en matière d’écologie chimique.
Mots clés : Gambierdiscus, dinoflagellés benthiques, ciguatéra, ciguatoxines, écologie chimique, spectrométrie de masse, fractionnement bioguidé

Profil de candidature souhaitée (Etant à l’interface entre biologie et chimie, cette thèse conviendra à des étudiants en biologie avec un intérêt envers les métabolites algaux, leur chimie et activité, ainsi qu’aux étudiants en chimie avec un intérêt dans le domaine du vivant.
Diplômes d’ingénieur ou M2 en sciences de la vie, pharmacie, chimie analytique.

Contexte scientifique
Les produits de la mer constituent, grâce à leurs valeurs nutritives, une ressource alimentaire importante pour de nombreux consommateurs, en France métropolitaine ainsi que dans les
départements, territoires et pays d’outre-mer. Malheureusement, leur contamination par des toxines naturelles engendre un nombre croissant d’empoisonnements à l’échelle mondiale1. Beaucoup de ces toxines sont produites par des microalgues et peuvent s’accumuler dans les chaînes trophiques marines suite aux efflorescences des algues toxiques (Harmful Algal Blooms = HAB). La ciguatéra en particulier est un empoisonnement connu depuis plusieurs siècles dans les Caraïbes, y compris dans les Antilles françaises, pour toucher régulièrement des consommateurs de poisson. La ciguatéra est un empoisonnement qui affecte entre 50 000 et 100 000 consommateurs par an à l’échelle mondiale. Cette forte incidence est principalement due à l’absence de gestion sanitaire (e.g. manque de toxines purifiées résultant en l’absence de méthode de détection adéquate validée), les concentrations basses qui peuvent provoquer des malaises et le fait que les poissons carnivores impliqués migrent parfois sur de grandes distances. L’émergence du phénomène en Atlantique Est (îles Canaries et Açores) depuis quelques années2, 3, la détection du genre Gambierdiscus en Méditerranée4 ainsi que les empoisonnements de plus en plus fréquents par les produits de la mer importés ou des poissons pêchés dans les eaux locales4 accroissent l’urgence d’agir de manière à pouvoir améliorer la surveillance ainsi que l’évaluation et la gestion du risque posé par ces toxines. En France, ce phénomène a jusque-là été traité comme un phénomène purement d’intérêt pour les îles outre-mer (Polynésie Française, Antilles, Océan Indien). Toutefois, l’augmentation des incidences dans le Pacifique5, les Antilles6 et l’émergence en Méditerranée et en Atlantique Est2-4 requièrent des efforts supplémentaires pour gérer ce problème. Alors que dans l’Océan Pacifique, beaucoup est connu sur les toxines de micro-algues et leurs produits de métabolisation dans les poissons, il y a très peu de connaissances sur les toxines ciguatériques dans l’Océan Atlantique, notamment sur les métabolites toxiques produits par les micro-algues. En conséquence, cette thèse a pour objectifs :
(i) D’identifier la ou les toxines produite(s) par l’espèce Gambierdiscus excentricus qui a (ont) une activité du type ciguatoxine ;
(ii) De clarifier la diversité toxinique du genre Gambierdiscus (variabilité inter-espèce) afin de confirmer le rôle de contributeur majeur de G. excentricus au flux des CTX dans l’océan Atlantique ; et
(iii) D’examiner le rôle écologique des toxines du type MTX ou CTX envers des compétiteurs micro-algaux et des représentants de la faune de la chaîne trophique.

Intérêt général et intérêt pour Ifremer:
A l’échelle Européenne, les ciguatoxines ont été déclarées prioritaires lors du GdT des laboratoires nationaux et Européens en mai 2012 et à l’échelle mondiale, le phénomène de la ciguatéra a été considéré comme une priorité 1 lors de plusieurs réunions en avril 2013 (UNESCO-IOC Panel Intergouvernemental sur les HAB, GEOHAB).
Le laboratoire Phycotoxines a intensifié ses activités dans le domaine de la ciguatéra depuis 2013, en établissant notamment des collaborations. Comme il y a mondialement très peu de laboratoires compétents dans cette thématique, l’Ifremer en tant qu’institut de recherche peut saisir l’opportunité de piloter des collaborations avec les laboratoires de référence en France et en Europe pour mettre au point une méthodologie de détection ainsi que la clarification de la diversité chimique, notamment toxinique, des souches et espèces du genre Gambierdiscus ; cet effort sera intégré dans la démarche interdisciplinaire du GdR Phycotox, actuellement déjà en cours d’incubation pour la thématique ciguatéra avec d’autres équipes, y compris l’Anses, le LOV, L’AIEA et l’ILM.
Notamment, des méthodes chromatographiques de séparation des analogues et de détection par spectrométrie de masse ont été développées au laboratoire Phycotoxines. De plus, un bio-essai pour la détection sensible des ciguatoxines a été mis en place permettant ainsi un criblage pour ce type de toxicité. Actuellement, plusieurs souches de Gambierdiscus ont été mises en culture au laboratoire. Une étude dans le cadre de la thèse de Francesco Pisapia (2014-2017) a permis de cribler unequarantaine de souches et d’identifier une souche de G. excentricus avec une très forte toxicité à la fois pour les maïtotoxines et pour les ciguatoxines. Un nouvel analogue de la MTX8, la MTX4 a déjà été identifié et est en cours d’isolement préparatif.

Originalité et caractère innovant des recherches:
(i) Les techniques de bio-essais mises en place récemment (durant la thèse de Francesco Pisapia) permettent de cibler le fractionnement bioguidé des CTX dans G. excentricus. Cela n’est possible dans notre laboratoire que depuis peu et au niveau mondial, nous sommes un des rares laboratoires au monde à rassembler les trois compétences requises (i.e. bio-essai, spectrométrie de masse haute résolution, culture de micro-algues) ;
(ii) Les techniques analytiques seront appuyées par la spectrométrie de masse haute résolution (HRMS); cette technique permettra d’améliorer le développement des méthodes d’analyse en détectant de multiples analogues de CTX et MTX ainsi que leur distribution de charge sur les différents clusters pseudo-moléculaires. Cette technique, sous son mode « métabolomique » permettra également de clarifier la diversité des métabolites micro-algaux, notamment du genre Gambierdiscus, via une approche déréplicative par « réseaux moléculaires » (i.e. familles de toxines connectées via leur fragments de masse communs), en s’appuyant sur les compétences d’un chercheur récemment recruté au laboratoire Phycotoxines (Damien Reveillon).
(iii) La physiologie du genre Gambierdiscus et le rôle écologique des toxines et autres métabolites produits par ces micro-algues sont encore peu étudiés. La technique de co-culture entre organismes producteurs et organismes cibles (e.g. compétiteurs, prédateurs) est une approche innovante qui permet d’étudier les réponses physiologiques et métabolomiques des organismes en interaction, notamment la sur-production et l’induction de toxines et/ou d’autres métabolites d’intérêts. Ce projet permettra de développer les compétences du laboratoire Phycotoxines en écologie chimique, notamment grâce à l’expérience dans ce domaine d’une jeune chercheuse récemment embauchée au laboratoire Phycotoxines (Enora Briand).

Approches méthodologiques:
Rappelons que le sujet proposé s’inscrit dans la thématique récemment mise en place au laboratoire Phycotoxines en collaboration avec des équipes spécialisées ILM, NOAA, Japanese Fisheries Research Laboratories et AIEA). Les tâches qui seront à réaliser par le doctorant sont précisées dans l’échéancier prévisionnel des travaux de thèse .

2.2.4.1 Identification de composés à activité du type CTX dans G. excentricus
Le laboratoire Phycotoxines a développé des méthodes de culture pour les dinoflagellés benthiques, notamment pour le genre Gambierdiscus dans le cadre de la thèse Francesco Pisapia (2014-2017)7,8,9. Les agents du laboratoire apporteront un soutien important aux travaux de thèse afin que le doctorant puisse disposer d’un éventail de souches provenant d’origines géographiques étendues (Brésil, Îles Canaries et Caraïbes/Antilles). Ces cultures ont déjà été établies et des biomasses importantes seront obtenues à la fois au laboratoire Phycotoxines et dans d’autres laboratoires internationaux (NOAA, Univ. Rio). Une étude écophysiologique sur G. excentricus permettra d’optimiser la production toxinique en amont de l’isolement des composés bioactifs. Ce type d’études ont été effectuées auparavant au laboratoire Phycotoxines pour d’autres organismes10,11. Le test de cytotoxicité sur Neuro2A a été mis en place au laboratoire Phycotoxines7. L’identification d’analogue(s) de la CTX suivra un fractionnement bioguidé tel que décrit dans nos travaux récents, en se basant sur une combinaison de bio-essais et la spectrométrie de masse haute résolution8.

2.2.4.2 Clarifier la diversité chimique du genre Gambierdiscus
Le genre Gambierdiscus montre une grande biodiversité avec 22 espèces/phylotypes. La diversité chimique de ce genre a pu être abordée pour l’espèce G. excentricus durant la thèse de Francesco Pisapia8. Néanmoins, des études préliminaires suggèrent une forte complexité et la nécessité de décrire les métabolites de Gambierdiscus de manière plus systématique comme cela a été fait pour d’autres genres auparavant12. Ce type de revue systématique pourra être accéléré en se basant sur des outils comme les réseaux moléculaires. Le concept des réseaux moléculaires (basés sur la fragmentation en spectrométrie de masse) a été récemment introduit par le groupe de Pieter Dorrestein de l’Université de Californie13-16, et est actuellement en train d’être mis en place au laboratoire Phycotoxines17. Pour ce faire, il faudra cultiver de multiples souches d’une même espèce et de différentes espèces qui seront par la suite analysées en spectrométrie de masse tandem haute résolution.

2.2.4.3 Examiner le rôle écologique des toxines du type MTX ou CTX
La compréhension de l’écologie des organismes benthiques tels que Gambierdiscus est à la base de l’étude de l’écologie chimique. Le Laboratoire d’Océanographie de Villefranche a développé des compétences dans ce domaine depuis plusieurs années18,19. Plus récemment, la thèse d’Aurélie Boisnoir a permis d’étendre ces connaissances sur le genre Gambierdiscus (publications en cours de rédaction). Les travaux proposés seront basés sur des modèles d’écotoxicolgie, c.à.d. les effets des espèces de Gambierdiscus sur les organismes prédateurs de la chaîne trophique de ces micro-algues (crustacés…) ainsi que les micro-organismes compétiteurs, notamment d’autres micro-algues, par exemple celles des genres Ostreopsis et Prorocentrum. Le doctorant mettra donc les espèces de Gambierdiscus en présence de ces organismes prédateurs et compétiteurs. Pour des combinaisons avec effets, un criblage des composés produits pourra être effectué afin d’identifier les composés actifs20,21. Les toxines type maïtotoxine seront examinées en particulier pour ce type d’effet car leur forte production dans plusieurs espèces suggère un possible rôle écologique.

Identification des avancées qui donneront lieu à des publications:
Les avancées anticipées à donner lieu à publications de rang A sont les suivantes :
(i) L’identification de ciguatoxines dans les espèces du genre Gambierdiscus en Atlantique est un domaine de recherche depuis les années 1980. Les avancées acquises durant la thèse de Francesco Pisapia sont prometteuses pour la démarche de fractionnement bioguidé combiné avec l’analyse en HRMS. La forte toxicité de G. excentricus en particulier suggère l’intérêt de se focaliser sur cette espèce (1 à 2 publications selon le progrès) ;
(ii) La chimiodiversité du genre Gambierdiscus pourra être clarifiée grâce aux collaborations/échanges mis en place depuis 2013 d’un côté et l’application de plus en plus approfondie de la HRMS par les chercheurs du laboratoire PHYC de l’autre côté. Un nouveau chercheur au laboratoire PHYC, Damien Reveillon, aidera dans l’application de la HRMS pour établir des Réseaux Moléculaires, c’est-à-dire des familles chimiques de métabolites corrélées via leurs fragments de masse parmi les différentes espèces/souches de Gambierdiscus (1 à 2 publications selon le progrès) ;
(iii) Evaluation de potentiels rôles écologiques des métabolites du genre Gambierdiscus. Les effets de G. excentricus seront évalués sur (i) des crustacés et (ii) sur d’autres micro-algues qui co-existent et donc potentiellement compétitrices. Une visite du doctorant au LOV aidera à focaliser les travaux sur le premier volet alors que la collaboration avec les chercheurs écophysiologistes au sein du laboratoire Phycotoxines et MMS avec permettra d’évaluer la perturbation métabolique associé à la co-culture (1 à 2 publications selon le progrès).

Application possibles:
Les connaissances obtenues dans le cadre de cette étude pourront être utilisées dans divers cadres :
(i) production d’étalons de toxines pour une meilleure surveillance
(ii) contribution à une méthodologie de confirmation dans les cas d’empoisonnement du type CFP
(iii) contribution à la modélisation de l’occurrence des organismes producteurs de CTX
(iv) approfondissement des connaissances toxicologiques pour les analogues identifiés
(iv) contribution à l’évaluation du risque posé par ces toxines

Collaborations avec les laboratoires extérieurs:
La codirection de la thèse étant assurée par le Dr. Rodolphe Lemée (MCF HC HDR, UMPC, Laboratoire Océanographique de Villefranche), plusieurs accueils sont prévus dans ce laboratoire en année 2 et 3, notamment pour vérifier le rôle écologique des composés du type MTX et CTX produits par les espèces du genre Gambierdiscus. Ce laboratoire a mis au point des modèles biologiques à Villefranche pour ce type de tests dans le cadre de plusieurs thèses en cours (Aurélie Boisnoir, Anne-Sophie Pavaux) sur des dinoflagellés benthiques de Guadeloupe et de Méditerranée.
Une collaboration rapprochée est également proposée avec l’Université de Nantes, pour certains travaux sur l’isolement de toxines non-répertoriées. Samuel Bertrand, maître de conférences à l’université de Nantes, a une expérience approfondie dans le domaine de la purification de substances naturelles, la métabolomique – en particulier en co-culture et déréplication, et fera partie de l’encadrement de la thèse. Christine Herrenknecht, Professeur a une expérience approfondie dans le domaine de l’élucidation structurale de toxines et fera partie du comité de suivi de la thèse.
Une collaboration d’excellence est en cours avec Wayne Litaker (Beaufort Laboratory, NOAA, USA). Ce groupe a une reconnaissance internationale dans le domaine de la culture et biodiversité des microalgues toxiques, et en particulier des espèces de Gambierdiscus. En plus de l’accord-cadre entre Ifremer et la NOAA, un accord particulier est en cours de renouvellement pour la thématique Gambierdiscus et ciguatoxines. Des premiers échanges de matériaux ont déjà eu lieu et un accord enthousiaste a été obtenu pour l’accueil d’un doctorant Ifremer (Francesco Pisapia) sur cette thématique.
D’autres collaborations sont également en cours, par exemple avec Francisco Rodriguez (IEO) pour l’obtention de souches de Gambierdiscus des différents océans. Un accord a été signé avec l’Institut Louis Malardé pour l’échange de matériaux, notamment des extraits de microalgues, de ciguatoxines purifiées et d’extraits de poissons contaminés ; le responsable scientifique de plusieurs collaborations sur cette thématique (CARISTO-Pf, GlobalCig,…) est Mireille Chinain (responsable du laboratoire des Micro-Algues Toxiques). Un projet en cours (EuroCigua, EFSA, 2016-2020) facilite les échanges européens. Une offre d’accueil a été également formulée par une collègue de l’Université d’Alabama (Alison Robertson) travaillant sur une thématique proche de cette thèse. Enfin, une convention a été signée avec l’Agence Internationale de l’Energie Atomique (Marie-Yasmine Bottein, responsable du laboratoire de radio-écologie à Monaco) pour collaborer avec le laboratoire Phycotoxines sur les ciguatoxines.

2.2.9 Comité de suivi de thèse
En plus du directeur (P. Hess) et du co-directeur (R. Lemée) de thèse. Le Dr. Samuel Bertrand (Maître de Conférences, Université de Nantes, spécialisation en analyse non-ciblée des produits naturels en particulier en co-culture, et en purification de molécules) s’est engagé à co-encadrer le doctorant. Les scientifiques suivants se sont également engagés pour participer aux travaux de la thèse et de participer au comité formel de suivi de thèse (d’autres experts seront appelés à assister si besoin, en gras : personnalités hors ED-SML) :
– Véronique Séchet (expert en culture de microalgues toxiques, chercheur au laboratoire Phycotoxines), PhD
– Damien Reveillon (chercheur en chimiodiversité des micro-algues toxiques au laboratoire Phycotoxines, spécialisation en métabolomique, réseaux moléculaires)
– Enora Briand (chercheur en écologie des micro-algues toxiques au laboratoire Phycotoxines, spécialisation interactions chimiques entre micro-algues toxiques et autres organismes marins)
– Manoëlla Sibat (ingénieur chimiste en spectrométrie de masse au laboratoire Phycotoxines)
– Mohamed Laabir (Prof. à l’Université de Montpellier, écologie de micro-algues, en particulier des benthiques)
– Nicolas Chomérat (expert taxinomiste en phytoplancton et microphytobenthos au laboratoire Ifremer de Concarneau, spécialisation en dinoflagellés benthiques)
– Christine Herrenknecht (Professeur en pharmacie à l’Université de Nantes)
– Marie-Yasmine Bottein (chercheuse à l’Agence Internationale de l’Energie Atomique, Laboratoire Environnement, Monaco)

Le contenu de cette offre est la responsabilité de ses auteurs. Pour toute question relative à cette offre en particulier (date, lieu, mode de candidature, etc.), merci de les contacter directement.

Pout toute autre question, vous pouvez contacter [email protected].