Microscopie Raman cohérente pour l’étude de la biominéralisation chez le corail

Contexte scientifique

La biominéralisation est la capacité développée par certains organismes vivants à produire des tissus durs souvent cristallisés) pour répondre à leurs besoins fondamentaux, tels que la protection, la capture de la lumière, l’orientation spatiale ou la flottabilité. Il est remarquable que ces cristaux structurés hiérarchiquement se forment dans des conditions physico-chimiques non conventionnelles [1] impliquant un niveau élevé de contrôle biologique par l’intermédiaire de molécules organiques spécifiques produites par l’animal. Ce processus, qui n’est que partiellement compris, ouvrirait des perspectives passionnantes dans de nombreux domaines d’application, tels que la capture du CO2, l’impression 3D, les implants chirurgicaux ou les prothèses dentaires, pour n’en citer que quelques-uns [1]. Parmi les biominéraux, le carbonate de calcium suscite beaucoup d’intérêt en raison de sa présence chez diverses espèces animales telles que les coquillages, les oursins ou les coraux. Un mécanisme général de biominéralisation est proposé, impliquant la production de carbonate de calcium amorphe, qui se cristallise ensuite en calcite ou en aragonite. Les principales questions à traiter sont les suivantes : quelle est la nature structurelle et chimique du ou des précurseurs amorphes ? Quels mécanismes régissent la transition de l’état amorphe à l’état cristallin ? Quel est le rôle et la nature des molécules organiques impliquées dans le cycle de minéralisation ?

À l’Institut Fresnel, nous abordons ces questions en développant de nouvelles techniques optiques appliquées à la question de la biominéralisation. Elles nous permettent respectivement de fournir des informations chimiques structurelles (Raman optique cohérent), à un niveau de résolution et de sensibilité élevé. De plus, nous exploitons la capacité de ces instruments à imager des régions bien définies, représentatives du stade précoce de la biominéralisation, c’est-à-dire là où l’empreinte temporelle de la formation et de la croissance biominérales est clairement visible. Ce projet de thèse de doctorat vise à se concentrer sur le développement de la microscopie Raman cohérente, qui sera ensuite appliquée à des échantillons d’espèces de coraux, idéalement in vivo.Offre de thèse MAROT 09-25

Références
[1] De Yoreo, J. J et al. Science 349 (2015)
[2] J. Duboisset et al., et V. Chamard, Acta Biomaterialia 142 (2022) 194 ; H. Dicko et al., et V. Chamard et J. Duboisset, J. Structural Biology 214 (2022) 107909
[3] K. Koike et al, Biomedical Optics Express 13 (2022) 995