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Laboratoire Biodiversité et Génomique Fonctionnelle (BGF)

Responsable : Magda BOU DAGHER-KHARRAT (Professeur)


Membres :

Magda BOU DAGHER KHARRAT (Professeur), Mireille KALLASSY AWAD (Professeur), Laure EL CHAMY (Maître de conférences), Zeina HOBAIKA (Maître de conférences), Richard MAROUN (Professeur), Farah AMMAR (Post-doc), Léa El KOURY (Dr, PhD), Dana BARAKAT (Doctorante), Zaynoun ATTIEH (Doctorant), Racha MAJED (Dr, PhD), Layale Salem Wehbeh (doctorante), Rita AOUN (doctorante), Nay El Khoury (Doctorante), Elie El- Khoury (Doctorant), Nancy Fayad (Doctorante), Mohammad Abou Zeid (Doctorant), Zaynoun Attieh (Doctorant). Perla FARHAT (Doctorante), Perla DARAZI (Doctorante)

Thématique:
Structures et Interactions des Macromolécules (SIM)


Responsables : Zeina HOBAIKA (Maître de conférences)

Description

La conception rationnelle de médicaments bénéficie des avancées de la biologie structurale, qui permet de connaître la structure à haute résolution des protéines cibles et celles de leurs complexes avec certains inhibiteurs. Elle bénéficie également des progrès considérables de l’informatique, des avancées de la chimie théorique, de la physico-chimie et de la biochimie.

Nous nous intéressons à l'application de l’ensemble de ces méthodes dans une approche pluri et interdisciplinaire afin d’optimiser de nouveaux inhibiteurs de protéines cibles impliquées dans des pathologies sévères. Il s’agit de cibles extrêmement importantes, telles que : la kinase CDK5 impliquée dans plusieurs cancers, dans la maladie d’Alzheimer et dans l’arthrite rhumatoïde ; les métallo-b-lactamases responsables de la résistance des bactéries aux antibiotiques ; mais principalement de l’intégrase IN du Virus d’immunodéficience humaine 1 « VIH-1 », responsable de la maladie du SIDA (Syndrome d’Immunodéficience Acquise).

Le SIDA est l’une des maladies infectieuses les plus dangereuses de l’histoire humaine. Depuis que cette pandémie a été identifiée, les progrès thérapeutiques ont permis de concevoir une trentaine de médicaments ciblant les différentes étapes du cycle réplicatif du virus. Aujourd’hui, le traitement de choix est celui qui combine plusieurs antirétroviraux (ARV). Il est connu sous le nom de thérapies antirétrovirales hautement actives (HAART). Toutefois, cette multithérapie s’avère être coûteuse, exige de la discipline et surtout, développe chez les patients des mutations de résistance diminuant ainsi l’efficacité du traitement. C'est pourquoi et afin de surmonter le problème des virus multi-résistants et de développer des inhibiteurs plus spécifiques et plus puissants, nous nous intéressons à étudier deux cibles thérapeutiques potentielles du VIH-1 : l’intégrase (IN) et la nucléocapside (Ncp7). En effet, l'intégrase constitue une excellente cible pour le développement de médicaments antirétroviraux, vu qu'elle est une enzyme critique pour la réplication rétrovirale et sans homologue cellulaire, chez l’homme. D’autre part, la Ncp7 constitue aussi une cible intéressante, dû au fait qu’elle est hautement conservée et ne subit jamais de mutations ce qui empêcherait le développement de souches virales résistantes.

Nous menons d’abord une étude structurale et fonctionnelle de la NCp7 et de l’intégrase ; ensuite, nous nous intéressons à mieux comprendre le comportement d’inhibiteurs actuels vis-à-vis de nos cibles d’intérêt. Les résultats obtenus nous permettent de proposer de nouveaux inhibiteurs anti- intégrase et anti-Ncp7, plus spécifiques et plus efficaces que les médicaments mis sur le marché.

Enfin, cette caractérisation des complexes d’inhibiteurs à visée thérapeutique est menée par des méthodes de mécanique/dynamique moléculaire polarisables. L’aspect expérimental des interactions est également abordé grâce à des techniques spectroscopiques qui permettraient la détermination des paramètres thermodynamiques et des constantes d’affinités des différentes interactions.  



Collaborations nationales, régionales et internationales

A l’échelle internationale :

Laboratoire de Chimie Théorique UMR7616CNRS, UPMC, Sorbonne Université ; Laboratoire de Cristallographie et RMN Biologiques, Faculté de Pharmacie, Paris Descartes ; Laboratoire de Biologie Cellulaire, National Institutes of Health (NIH), Bethesda, Maryland


Rayonnement


Prix L’Oréal- UNESCO For Women In Science Pan Arab 2011 parmi 17 pays arabes


Thèses


Thèses en cours  :

  1. Perla El Darazi « Caractérisation de complexes d'inhibiteurs à visée thérapeutique avec des métalloprotéines : cas de la Ncp7 et de l’Intégrase du VIH-1 »


Thèses soutenues
 :

  1. Farah Ammar « Analyse des mécanismes d’inhibition de l’intégrase de VIH-1 »
  2. Krystel El Hage « Modélisation des inhibiteurs en complexe avec des protéines cibles a visée thérapeutique : Application à l’intégrase du VIH-1 et à la CDK5 »
  3. Léa El Khoury « Etude de complexes d’inhibiteurs à visée thérapeutique : applications a des métalloprotéines impliquées dans des pathologies»


Thématique:
Etude des interactions hôte- pathogène sur le modèle Drosophila melanogaster


Responsables : Laure El CHAMY (Maître de conférences)

Description

Le système immunitaire assure la défense de l’organisme contre les microorganismes infectieux. Les pathogènes, de leur part, développent des stratégies appropriées qui leur permettent de surmonter les réactions immunitaires. Ils acquièrent ainsi le pouvoir d’une infection plus efficace et d’une persistance prolongée dans l’organisme hôte. L’interaction hôte-pathogène est donc un processus complexe impliquant une multitude de facteurs de la part des deux partenaires. Par la puissance de ses outils génétiques et moléculaires, la mouche du vinaigre Drosophila melanogaster constitue un modèle de choix pour l’étude des interactions hôte-pathogène. En effet, les recherches effectuées dans ce domaine ont révélé une haute conservation des composantes de la réponse immunitaire innée entre la drosophile et les mammifères y compris l’homme. De ce fait, nos objectifs de recherche se focalisent sur deux axes principaux : 

  1. Identification de nouveaux gènes impliqués dans la régulation de la réponse immunitaire innée.
  2. Caractérisation des mécanismes de la virulence microbienne : Nous nous intéressons particulièrement aux bactéries appartenant au groupe Bacillus cereus. Ces bactéries regroupent des pathogènes humains mais aussi des pathogènes d’insectes appropriés à l’élaboration de biopesticide. Plus particulièrement, nous nous intéressons à identifier les gènes de virulence de Bacillus cereus et d’utiliser la drosophile comme un organisme modèle pour l’élucidation de leurs mécanismes d’action in vivo. Par ailleurs, nous cherchons à caractériser les stratégies déployées par l’hôte pour la lutte contre l’infection. Ce modèle est également élaboré sur d’autres souches microbiennes.



Collaborations nationales, régionales et internationales

A l’échelle internationale :

  • Unité de Génétique Microbienne et Environnement (GME) INRA, Jouy en Josas, France ;
  • UPR 9022 CNRS, Institut de Biologie Moléculaire et Cellulaire, Strasbourg, France

 


Rayonnement


2015 : Nomination à « International Visitor Leadership Program- IVLP» pour le projet « Women in Sciences Technology Engineering and Mathematics (STEM) fields »

2014 : Nomination au programme « Women in Sciences Hall of Fame » par l’ambassade des Etats-Unis à Beyrouth

2013 : Financement international UNESCO-L’Oréal pour les femmes et la science




Thèses


Thèses en cours  :

  1. Zaynoun Attieh, « Etude des interactions hôte- pathogène sur le modèle Drosophila melanogaster- Bacillus cereus » 
  2. Layale Salem Wehbe, « Caractérisation des mécanismes de régulation des voies NF-B au cours de la réponse immunitaire innée chez Drosophila melanogaster»
  3. Dana Barakat, « La Drosophile, un modèle d’étude des voies de signalisation contrôlant l’immunité innée et l’inflammation »

 

Thématique:
Caractérisation Génomique des Plantes (CGP)


Description

Le bassin méditerranéen est l'un des 34 points-chauds de la biodiversité. Il est particulièrement riche en plantes endémiques. L’Est de la Région Méditerranéenne « ERM » est un centre de diversification de la flore méditerranéenn qui n’a pas encore livré tous ses secrets pour la Science. La flore de ce carrefour entre l’Asie, l’Europe et l’Afrique est formée d’éléments très anciens qui ont survécu aux changements dramatiques dus aux grands phénomènes géologiques et climatiques et d’éléments plus récents qui se sont formés par spécialisations pour survivre au climat méditerranéen.

Les initiatives de conservations a l’ERM se multiplient et se hâtent puisque cette région de la Méditerranée est particulièrement anthropisée et son état se dégrade de jour en jour. Pour explorer la biodiversité et la conserver, les moyens moléculaires sont mis à contribution.

Cette thematique s’interesse à l’étude de l‘origine de la flore de l’Est de la Region Méditerranée (ERM) ainsi qu’à l’élucidation des mécanismes évolutifs ayant conduit à la diversification de cette flore. La phylogéographie de certains taxons nous intéresse particulièrement. Il s’agit des principaux conifères et de certains genres d’Angiospermes riches en endémiques dans l’ERM.

Trois approches d’études combinées nous permettent de caractériser génétiquement cette flore :

  • L’analyse de la taille du génome (quantité d’ADN par cellule)
  • L’organisation du génome en chromosomes (caryotype, position des organisateurs nucléo aires, Localisation par fluorescence de séquences d’intérêt, chromosome painting, ...).
  • Étude de la diversité génétique entre les individus d’une même espèce et entre différentes espèces d’un même genre à l’aide de marqueurs moléculaires cytoplasmiques et nucléaires qui révèlent des séquences spécifiques de l’ADN : régions neutres ou fragments de gènes (AFLP, ITS,…)

Concrètement, des analyses de l’ADN des plantes nous permettraient d’une part d’identifier les plantes « barcoding » et vérifier leur origine. L’étiquetage de ces ressources génétiques permettrait aux autorités locales de pouvoir prendre des mesures contre le piratage et l’exploitation commerciale irrégulière. L’accent est mis sur les plantes endémiques afin de confirmer leur singularité génétique pour mieux les valoriser et les préserver. 



Collaborations nationales, régionales et internationales



Collaborateurs Nationaux
 :

  • O-Life, National Council for Scientific Research, Remote Sensing Center
  • Faculty of Engineering and Architecture, American University of Beirut
  • Faculty of Science – Tripoli and Faculty of Agriculture, Lebanese University
  • Faculty of Medecine – Lebanese American University

Collaborateurs internationaux :

Allemagne :
  • Botanischer Gartenund Botanisches Museum Berlin-Dahlem Dahlemer Saatgutbank,14195 Berlin, Allemagne
Angleterre :
  • Comparative Plant & Fungal Biology, Royal Botanic Gardens, Kew

Etats Unis d’Amerique :

  • Gruver Lab, Bayor University, Gruver, TX 79040
  • Genetics lab, National Zoological Park, Smithsonian Institution, Washington
France :
  • Institut Méditerranéen de Biodiversité et d'Ecologie, CNRS UMR 7263, Aix Marseille Université
  • NRA Avignon, UR 629 Ecologie des Forêts Méditerranéennes
  • Laboratoire des Symbioses Tropicales et Méditerranéennes – IRD/Université de Montpellier
  • Laboratoire Ecologie, Systématique et Evolution, Université Paris-Sud
  • Laboratoire BIOGECO - UMR INRA, Ecologie Evolutive, Fonctionnelle et des Communautés, Université de Bordeaux.
  • Département Ecologie et Gestion de la Biodiversité, CERSP, UMR 7204, Muséum National d’Histoire Naturelle, 61 rue Buffon, 75005 Paris, France
Grèce :
  • CIHEAM - Mediterranean Agronomic Institute of Chania
Italie :
  • Centre for Conservation of Biodiversity, Université de Cagliari
  • DIAEE Department of Astronautic, Electric and Energetic Engineering,
  • Université de Sapienza, Rome
  • Plant Genetics Institute, National Research Council, Florence
  • Dipartimento DAFNE, Università della Tuscia, Viterbo
Pologne :
  • Institute of Dendrology of the Polish Academy of Sciences, Kórnik
Scotland :
  • Conservation & Biodiversity Research, Centre for Middle Eastern Plants, Royal Botanic, Garden, Edinburgh
Tunisie :
  • National Research Institute for Rural Engineering, Water and Forestry, (INRGREF), Ariana


Rayonnement


  • UNESCO - L’OREAL « For Women in Science » 2008.
  • Outstanding Woman Scientist, Women in Science Hall of Fame  2011-2012. Program of U.S. Embassies and Consulates in the Middle East and North Africa (MENA)
  • International Visitors Leadership program: Women’s innovations in Science and Engineering (WISE) 2013, Washington DC, Philadelphia, Minneapolis & San Francisco.

Thèses

Thèses en cours  :

  1. FARHAT Perla « Exploration génétique de la polyploïdie chez les genévriers de l’Est de la région Méditerranéenne : Valeurs adaptatives et implications évolutives »
  2. JARDAK Rana « Role de signalisation oxydative et de métabolisme des ARNm dans la réponse des semences d'arabidopsis à l'éthylene »
  3. AZAR Romy          « Etude de l’impact des bactéries endophytes de semences de Cedrus libani sur la croissance et la mycorhization de plants de Cèdre en pépinière »
  4. BOUKHDOUD Liliane «  Utilisation de codes-barres génétiques pour l'identification des mammifères au Liban et de leurs régimes alimentaires »


Thèses soutenues
 :

  1. Bouchra Douiahy : Caractérisation écogéographique et génétique de Juniperus excelsa au Liban. Janvier 2011.
  2. Marie-Joe Karam : Approche moléculaire des mécanismes de microévolution chez une espèce d’arbre introduite, Cedrus atlantica. Decembre 2014.
  3. Nour ABDEL SAMAD, « Caractérisation génétique du genre Iris évoluant dans la Méditerranée orientale ». 2015
  4. Farah Abdel Samad : Caractérisation écogéographique et génétique du genre Astragalus au Liban. Septembre 2016.



Thématique:
Génétique et Virulence Microbienne (GVM)


Responsables : Mireille KALLASSY AWAD (Professeur)

Description

Notre stratégie consiste en l’isolement, le génotypage et la caractérisation moléculaire d’isolats microbiens de différents environnements dans le but de trouver de nouvelles applications pour l’utilisation des micro-organismes ou de leurs métabolites, à titre d’exemples : de nouveaux moyens de lutte biologique, de  bio remédiation…

Bacillus thuringiensis (Bt), un bacille gram positif, sporulant, connu par sa capacité de produire des inclusions cristallines ou protoxines entomopathogènes a constitué notre premier mircoorganisme d’étude. Ses protoxines sont codées par des gènes cry dont les produits sont actifs chacun contre un type particulier d’insectes. Plusieurs centaines de souches de Bacillus thuringiensis à partir de différents échantillons de sols libanais ont été isolées jusque-là.

Les insectes, quant à eux, possèdent de nombreuses caractéristiques leur permettant de se protéger contre les différents agents pathogènes. Leurs premières lignes de défense sont les barrières physiques. Après ingestion, la bactérie entompathogène Bacillus thuringiensis (Bt) est capable d’endommager la barrière intestinale des insectes en y agissant surtout par toxémie. Cette activité toxémique est notamment due aux toxines «Cry» spécifiquement actives par voie orale et qui provoquent la lyse des cellules épithéliales de l’intestin. Leur deuxième ligne de défense est la synthèse des peptides antimicrobiens par le système immunitaire. Par ailleurs, l’aptitude des bactéries à se multiplier chez l’hôte dépend aussi de leur capacité d’adaptation à ce milieu hostile, notamment par la limitation de l’accès au fer.

Nous travaillons toujours sur l’alimentation de notre collection par de nouvelles souches de Bacillus thuringiensis (Bt). Les souches isolées et après typage moléculaire subissent une analyse moléculaire dans le but d’identifier leur contenu génique afin de les caractériser à l’échelle moléculaire et d’étudier leur cible et le mécanisme d’action des toxines identifiées. Le but principal c’est (1) La caractérisation de nouvelles toxines produite par Bt ayant une application dans la lutte biologique, (2) L’amélioration des performances des bioinsecticides de Bt (3) La minimisation du coût du contrôle biologique (4) La prévention de l’apparition de la résistance des insectes aux bioinsecticides (5) La recherche de nouveaux biopesticides autres que les Bt et (6) La mise en application des différents résultats obtenus à l’échelle industrielle.
Une spin off de production de biopesticides à base de Bacillus thuringiensis a été montée à Deir Tanail dans la Békaa et une des souches caractérisée à l’échelle moléculaire par notre équipe est exploitée dans la production.
Mise à part l’analyse de souches de Bacillus thuringiensis, nous étudions la biodiversité des bactéries en général, des levures et des champignons potentiellement intéressants dans des applications variées.

En parallèle, nous travaillons sur différents aspects de la virulence bactérienne en prenant Bacillus cereus/thuringiensis comme modèle d’étude: Etude de la Résistance aux peptides antimicrobiens, l’implication du système d’acquisition du Fer, la production de biofilm.
Toutes les espèces animales, végétales, ou insectes sont confrontées de façon quotidienne à un grand nombre de microorganismes qui peuvent affecter leur santé et même leur survie. Deux systèmes de défense s’opposent à ces microorganismes : un système immunitaire dit adaptatif qui est présent exclusivement chez les Vertébrés et un système appelé l’immunité innée, qui est commun aux animaux, insectes, et hommes. Dans le processus d’immunité innée, la reconnaissance des microorganismes pathogènes est médiée par des récepteurs qui reconnaissent spécifiquement des motifs structuraux microbiens absents des cellules de l’hôte. Ces détecteurs activent ensuite des voies de signalisation qui aboutissent notamment à la synthèse de peptides antimicrobiens (PAMs), qui sont les principales molécules effectrices de la réponse immunitaire innée non adaptative. Notre objectif dans ce contexte, c’est de mieux caractériser les stratégies élaborées par les bactéries appartenant au groupe Bacillus cereus dont Bacillus thuringiensis, pour résister à ces molécules et s’adapter à la réponse immunitaire innée, durant les premières étapes de l'infection, en prenant comme modèle les insectes Galleria melonella et Drosophila melanogaster.
Nous avons travaillé en premier lieu sur l’opéron dlt qui code pour des protéines responsables de la neutralisation de la charge de la paroi bactérienne. La bactérie est ainsi capable d’échapper à l’action des peptides antimicrobiens chargés positivement. Nos résultats ont montré que l’opéron dlt protège la bactérie contre les médiateurs de la réponse humorale de l’insecte. Nous avons investi par la suite dans le rôle d’un gène de l’opéron dlt dont la fonction jusque-là n’avait pas été étudiée. La suite de notre travail a pour but de caractériser les déterminants responsables de la résistance de ces bactéries à l’immunité innée de l’hôte en collaboration avec l’équipe Génomique de la Drosophile et Interactions Hôtes –Pathogènes.
Mise à part la résistance des bactéries aux PAM, l’aptitude des Bt à se multiplier chez l’hôte dépend aussi de leur capacité d’adaptation à ce milieu hostile, notamment par la limitation de l’accès au fer. On distingue deux mécanismes principaux : un indirect, qui est fondé sur la synthèse de sidérophores, et l’autre, direct, qui nécessite la présence d’une molécule de surface affine pour les protéines riches en fer. Les mécanismes d’acquisition du fer sont très peu connus chez Bacillus cereus/thuringiensis et sont, en règle générale, moins étudiés chez les bactéries à Gram positif que chez les bactéries à Gram négatif. Nous avons démontré par un immuno-marquage, qu’IlsA protéine de la paroi bactérienne identifiée par le système IVET est présente à la surface des bactéries uniquement dans les conditions de carence en fer, ce qui faciliterait son interaction directe avec les sources de fer de l’hôte. Une analyse plus poussée de l’interaction d’IlsA avec les différentes sources de fer et avec d’autres partenaires afin d’internaliser le fer, a été entreprise.
Au niveau biofilm, les exopolysaccharides - des polymères de sucres exportés - sont impliqués dans des fonctions essentielles de la physiologie bactérienne. Ce sont en effet des composants majeurs, respectivement, de la paroi bactérienne, des polymères secondaires attachés à cette paroi, des capsules, et de la matrice du biofilm. Nous avons identifié deux loci responsables de la biosynthèse du biofilm chez Bacillus cereus/thuringiensis. Une analyse de la régulation de l’expression de ces loci est en cours.



Collaborations nationales, régionales et internationales

A l’échelle nationale :

  • Centre National de la Recherche Scientifique-Libanais (CNRS-L)
  • Université Américaine de Beyrouth
  • Association arc-en-ciel (ONG)


A l’échelle internationale
 :

  • L’Institut Charles Gerhardt, UMR 5253CNRS/ENSCM/UM2/, Université de Montpellier II
  • Centre de Biotechnologie de SFAX, Tunisie
  • INRA Jouy-en-josas Versailles, France
  • New York University Abu Dhabi (NYUAD), Center for Genomics and Systems Biology (CGSB)



Thèses


Thèses en cours  :

  1. Mohammad Abou Zeid « Evaluation of the use of two chemical pesticides and revision of the corresponding legislation”
  2. Nay El Khoury "Bip, une protéine requise pour l'intégration de bactéries planctoniques dans des biofilms »
  3. Nancy Fayad « Analyse des éléments génétiques mobiles dans le génome de souches de Bacillus cereus et Bacillus thuringiensi »
  4. Elie Khoury « Isolement et caractérisation de nouveaux microorganismes à activité antifongique et antibactérienne »
  5. Mohammad Haraké, “Molecular Assembly and Regulation of Connexin-containing Junctional Complexes in Inflammatory Bowel Disease


Thèses soutenues :

  1. Racha Majed « Etude du rôle de la capsule polysaccharidique dans le pouvoir pathogène de Bacillus cereus »
  2. Mandy Antoun « Caractérisation de souches Bacillus thuringiensis contre les diptères et les lépidoptères: étude génétique des souches sélectionnées et études physicochimiques de leur toxicité membranaire »
  3. Rita Kamar « Mécanismes de résistance à la réponse immunitaire innée chez Bacillus cereus une bactérie pathogène opportuniste sporulante à gram positif »
  4. Micheline El Khoury « Construction d’une membrane biomimétique pour l’étude du transport des toxines. »
  5. Elise Abi Khalil « Caractérisation d’un système d’acquisition du fer impliqué dans la virulence de Bacillus cereus »
  6. Ziad Abi Khattar « Résistance aux peptides anti-microbiens chez les bactéries entomopathogènes Photorhabdus luminescens et Bacillus thuringiensis »
  7. Nadine Daou « Expression hôte dépendant de gènes bactériens « Localisation, régulation et rôle de IlsA et d’autres facteurs de B. cereus au cours de l’infection »


 

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