Thèse Termites Cultivateurs de Champignons Sources Naturelles de Composés Antimicrobiens et Sélectionneurs de Bactéries Multirésistantes aux Antibiotiques. H/F - Aix Marseille Université

Établissement : Aix Marseille Université
École doctorale : Recherches Biomédicales
Laboratoire de recherche : MEPHI - Microbes Evolution Phylogénie et Infections
Direction de la thèse : Oleg MEDIANNIKOV ORCID 0000000160392008
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-06-30T23:59:59

L'objectif principal de ce projet est d'identifier et de caractériser de nouveaux composés bioactifs possédant des propriétés antimicrobiennes dérivés des termites cultivateurs de champignons, et de comprendre les mécanismes écologiques et microbiologiques par lesquels ces insectes influencent la sélection et la persistance de micro-organismes multirésistants (MDR).
Les termites du sous-groupe des Macrotermitinae vivent en symbiose avec des champignons du genre Termitomyces, qu'ils cultivent dans des meules fongiques au sein de leurs termitières. Ce système symbiotique constitue un micro-écosystème complexe où interagissent termites, champignons et communautés microbiennes. Nous émettons l'hypothèse que les termites agissent comme des filtres écologiques et biochimiques, façonnant les communautés microbiennes par l'ingestion, la transformation et l'enrichissement sélectif de micro-organismes dans leur système digestif et dans les meules fongiques. Ce processus pourrait favoriser la sélection de souches résistantes aux antibiotiques tout en stimulant la production de métabolites antimicrobiens contribuant à la stabilité de la symbiose.
Des travaux récents, y compris les nôtres, ont mis en évidence à la fois des activités antimicrobiennes et la présence de bactéries multirésistantes dans les meules fongiques, chez les termites et chez la faune qui s'en nourrit. Le projet vise donc à établir des liens entre symbiose termite-champignon, diversité microbienne et production de métabolites antimicrobiens. Cette hypothèse sera testée grâce à une approche intégrative combinant métabolomique, microbiologie et analyses génomiques afin d'identifier les composés actifs, d'évaluer leurs effets biologiques et de retracer leur origine écologique.

Les termites (Isoptera : Termitidae) sont des insectes eusociaux vivant en colonies divisées en castes reproductrices et stériles ; environ 3 106 espèces ont été identifiées dans le monde. Les termites représentent près de 10 % de la biomasse animale mondiale, étant principalement répartis dans les régions tropicales et subtropicales, et leur biomasse globale pourrait dépasser 445 millions de tonnes. Ils jouent un rôle important dans les écosystèmes, contribuant jusqu'à 4 % des émissions mondiales de méthane et 2 % de celles de dioxyde de carbone (Sanderson, M., 1996). Les termites cultivateurs de champignons (Macrotermitinae) ont développé une relation symbiotique avec des champignons du genre Termitomyces, qu'ils cultivent dans des meules fongiques à l'intérieur des termitières comme source de nourriture. La colonie crée des conditions optimales pour la croissance de Termitomyces, notamment grâce à des composés antifongiques présents dans la salive des termites et à des conditions microclimatiques stables à l'intérieur des termitières, ce qui inhibe le développement d'autres champignons et bactéries (Otani, S., et al., 2019). Différents extraits de meules fongiques ont montré de vastes activités antibactériennes et antifongiques (Gaye, M., et al., 2025 ; Witasari, L.D., et al., 2022). Des études récentes, y compris les nôtres, montrent que ces meules contiennent des communautés bactériennes diverses, incluant des protéobactéries résistantes aux antibiotiques. Cela suggère que les termites pourraient agir comme des filtres naturels, sélectionnant des souches résistantes à travers leur système digestif et les meules fongiques contenant des antibiotiques (Baron, S. et al., 2021 ; Gaye, M., et al., 2025). Ces mêmes souches bactériennes ont été isolées chez des animaux consommateurs de termites ainsi que dans des contextes cliniques chez des patients, suggérant une origine potentielle ou une circulation de bactéries multirésistantes (MDR) entre les environnements naturels et les milieux cliniques (Houmenou C.T. et al., 2025). Cependant, les composés antimicrobiens spécifiques présents dans les meules fongiques susceptibles de favoriser la sélection de bactéries multirésistantes restent largement inconnus. Les avancées récentes en chimio-informatique, en particulier le molecular networking par LC-MS, combinées à des études microbiologiques sur les bactéries et les champignons multirésistants, offrent une voie prometteuse. Cette approche innovante permet d'optimiser l'identification et la purification de métabolites bioactifs, en orientant la purification vers les métabolites responsables de l'activité biologique et en évitant les étapes inutiles et chronophages de purification de composés déjà connus (Breaud, C., et al., 2023, 2025 ; Gerometta, E., et al., 2024).

Termites (Isoptera: Termitidae) are eusocial insects that live in colonies divided into reproductive and sterile castes, with about 3,106 species identified globally. Termites constitute 10% of the world's animal biomass, primarily distributed in tropical and subtropical regions, and their global biomass may exceed 445 million tons. They play an important role in ecosystems, contributing up to 4% of methane and 2% of carbon dioxide emissions worldwide (Sanderson, M., 1996). Fungus-growing termites (Macrotermitinae) have evolved a symbiotic relationship with Termitomyces fungi, cultivating these in fungus combs within termite mounds as a food source. The colony creates optimal conditions for Termitomyces growth, including antifungal compounds in termite saliva and stable microclimatic conditions inside the mounds, which inhibit other fungi and bacteria (Otani, S., et al., 2019). Different extracts from fungus combs showed vast antibacterial and antufungal activities (Gaye, M., et al., 2025 ; Witasari, L.D., et al., 2022). Recent studies, including our own, show that fungus combs contain diverse bacterial communities, including antibiotic-resistant proteobacteria, suggesting that termites may act as natural filters, selecting for resistant strains through their digestive systems and antibiotic-containing fungus combs (Baron, S. et al., 2021; Gaye, M., et al., 2025). These same bacterial strains were isolated from termite-consuming animals and in clinical settings from patients, suggesting a potential origin or circulation of multidrug-resistant (MDR) bacteria between environmental and clinical sources (Houmenou CT et al., 2025). However, the specific antimicrobial compounds present in fungus combs that might drive the selection of MDR bacteria remain largely unknown.
Recent advances in cheminformatics, particularly molecular networking via LC-MS, combined with microbiological studies on MDR bacteria and fungi, offer a promising path forward. This innovative approach can streamline the identification and purification of bioactive metabolites, allowing us to the focused purification of metabolites, responsible for biological activity and exclude unnecessary and time-waste purifications of known compounds (Breaud, C., et al., 2023, 2025; Gerometta, E., et al., 2024).

L'objectif principal de ce projet est d'identifier et de caractériser de nouveaux composés bioactifs possédant des propriétés antimicrobiennes dérivés des termites cultivateurs de champignons, et de comprendre les mécanismes écologiques et microbiologiques par lesquels ces insectes influencent la sélection et la persistance de micro-organismes multirésistants (MDR).

Matériels et méthodes :
Des meules fongiques ont été collectées entre 2021 et 2025 dans quatre régions du Sénégal et sont actuellement conservées à l'unité MEPHI. Les meules ont été extraites de nids souterrains et les termites (ouvriers et soldats) séparés des échantillons. Tous les prélèvements ont été conservés à 80 °C jusqu'à leur analyse. Les autorisations de collecte et d'importation ont été obtenues auprès du comité local du Protocole de Nagoya et des autorités françaises compétentes.
L'extraction des métabolites sera réalisée à l'IMBE sous la supervision du Dr Garayev. Les extraits et fractions seront analysés par chromatographie liquide à ultra haute performance couplée à la spectrométrie de masse haute résolution (UHPLC-HRMS). Les données seront traitées à l'aide des plateformes MZmine et GNPS afin de générer des réseaux moléculaires (feature-based molecular networking). L'annotation des composés reposera sur la comparaison des spectres de fragmentation avec des bases de données expérimentales et in silico, notamment GNPS, MassBank, ISDB, ainsi que des outils d'annotation tels que SIRIUS, CFM-ID et MetFrag.
Une base de données locale contenant plus de 500 spectres expérimentaux facilitera l'annotation des métabolites détectés. Les hypothèses structurales seront validées par des analyses complémentaires utilisant GC-MS et RMN. Lorsque les composés annotés seront disponibles commercialement, ils seront acquis afin de confirmer leur identification et d'évaluer leur activité biologique. Dans le cas contraire, les métabolites d'intérêt seront isolés par chromatographie préparative, notamment par chromatographie à moyenne pression (CombiFlash®) ou HPLC préparative. Les entités prioritaires non annotées seront également isolées afin de permettre la découverte éventuelle de nouvelles structures chimiques. Les composés purifiés seront caractérisés par RMN, IR, HRMS et UV.
L'activité antimicrobienne des extraits et des fractions sera évaluée par des essais en milieu liquide et par la méthode de diffusion en gélose avec puits. Les zones d'inhibition seront mesurées et analysées à l'aide du logiciel GraphPad Prism. Les tests seront réalisés sur un panel de micro-organismes incluant des souches multirésistantes (MDR).
Par ailleurs, l'ADN sera extrait des meules fongiques, des intestins de termites ainsi que des souches microbiennes isolées, puis séquencé sur la plateforme MiSeq. Les analyses viseront à identifier les gènes de résistance aux antibiotiques ainsi que les clusters biosynthétiques impliqués dans la production de peptides non ribosomiques et de polykétides. Ces données permettront de relier les métabolites détectés à leur origine microbienne.
Enfin, des perspectives de valorisation pourront être explorées, incluant l'évaluation du potentiel de brevetabilité, le développement de stratégies de synthèse chimique et l'étude d'applications biomédicales potentielles.

Materials and Methods
Fungus combs were collected between 2021 and 2025 from four regions in Senegal and are currently stored at the MEPHI unit. The combs were extracted from subterranean nests, and termites (workers and soldiers) were separated from the samples. All samples were stored at 80 °C until further analysis. Collection and import permits were obtained from the local Nagoya Protocol committee and the relevant French authorities.
Metabolite extraction will be performed at IMBE under the supervision of Dr. Garayev. Extracts and fractions will be analyzed using ultra-high-performance liquid chromatography coupled with high-resolution mass spectrometry (UHPLC-HRMS). The resulting data will be processed using MZmine and GNPS platforms to generate feature-based molecular networks. Compound annotation will rely on comparisons between fragmentation spectra and experimental or in silico databases, including GNPS, MassBank, and ISDB, as well as annotation tools such as SIRIUS, CFM-ID, and MetFrag.
A local database containing more than 500 experimental fragmentation spectra will further facilitate metabolite annotation. Structural hypotheses will be validated using complementary analytical techniques including GC-MS and NMR. When annotated compounds are commercially available, they will be purchased to confirm their identification and to validate their biological activity. Otherwise, potentially bioactive metabolites will be isolated using preparative chromatographic techniques such as medium-pressure chromatography (CombiFlash®) or preparative HPLC. Priority features that cannot be annotated will also be isolated, as they may correspond to previously unknown chemical structures. Purified compounds will be characterized using NMR, IR, HRMS, and UV spectroscopy.
The antimicrobial activity of crude extracts and fractions will be evaluated using liquid culture assays and the agar well diffusion method. Inhibition zones will be measured and analyzed using GraphPad Prism software. The assays will be performed on a panel of microorganisms including multidrug-resistant strains.
In addition, DNA will be extracted from fungus combs, termite guts, and isolated microbial strains and sequenced using the MiSeq platform. The analyses will focus on identifying antibiotic resistance genes as well as biosynthetic gene clusters involved in the production of non-ribosomal peptides and polyketides. These data will help link detected metabolites to their microbial producers.
Finally, potential valorization perspectives will be explored, including the assessment of patentability, the development of chemical synthesis strategies, and the evaluation of potential biomedical applications.

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