Les scientifiques s’intéressent de plus en plus à la manière dont les cellules bactériennes interagissent avec leur environnement, particulièrement dans des milieux riches en polymères. Cette interaction pourrait révéler des secrets sur la formation de biofilms, la gestion des infections et l’optimisation industrielle. Les dernières recherches apportent de nouvelles lumières sur ces phénomènes complexes, ouvrant des pistes pour des applications médicales et industrielles importantes.
Des scientifiques de Caltech et de l’Université de Princeton ont mis en évidence que les cellules bactériennes, en croissance dans une solution de polymères tels que le mucus, forment des câbles longs qui se tordent et s’entrelacent. Cette observation mène à la création d’une sorte de «gel vivant».
Les implications de cette découverte pourraient se révéler importantes pour l’étude et le traitement de maladies comme la fibrose kystique, où le mucus des poumons devient plus concentré, favorisant des infections bactériennes potentiellement mortelles. De plus, ces résultats pourraient influencer les recherches sur les biofilms, ces amas de bactéries sécrétant des polymères, observés sur les roches des rivières ou causant des problèmes dans les installations industrielles.
Sujit Datta, professeur en ingénierie chimique, bio-ingénierie et biophysique à Caltech, et auteur correspondant de l’article, a indiqué : «Nous avons découvert que lorsque de nombreuses bactéries croissent dans des fluides contenant des molécules ressemblant à des spaghettis appelées polymères, comme le mucus dans les poumons, elles forment des structures en forme de câbles qui s’entrelacent comme des gels vivants. Et, intéressant, il y a des similitudes entre la physique de la formation de ces structures et la physique microscopique sous-jacente à de nombreux gels non vivants, comme le Purell ou le Jell-O.»
Datta, qui a récemment rejoint Caltech depuis Princeton, a travaillé avec son étudiant de doctorat Sebastian Gonzalez La Corte, auteur principal de l’article. Ils ont étudié comment la concentration de mucus varie chez les patients atteints de fibrose kystique, où une surabondance de polymères est présente. Gonzalez La Corte a cultivé des bactéries E. coli dans des échantillons de mucus typiques de la fibrose kystique fournis par des collègues du MIT.
Les observations montrent que dans un milieu polymérique, les cellules bactériennes qui se divisent restent collées les unes aux autres, formant des «câbles». « À mesure que les cellules continuent à se diviser et à s’accrocher les unes aux autres, elles commencent à former ces belles structures longues que nous appelons câbles, » a souligné Gonzalez La Corte. « À un certain point, elles se plient et s’entrelacent pour former un réseau emmêlé.«
Les expériences ultérieures ont montré que ni l’espèce bactérienne ni le type de solution polymérique n’affectaient significativement la formation de ces câbles. La croissance continue tant que les nutriments sont disponibles, aboutissant à des chaînes de milliers de cellules.
Outre la fibrose kystique, ces découvertes pourraient avoir des répercussions sur la compréhension du rôle du mucus dans d’autres parties du corps humain et dans la formation de biofilms. Datta a mentionné que «la matrice polymère sécrétée par les biofilms rend leur élimination des surfaces et leur traitement par antibiotiques très difficiles. Comprendre comment les cellules croissent dans cette matrice pourrait être clé pour mieux contrôler les biofilms.»
La pression extérieure exercée par les polymères autour des cellules en division est identifiée comme la force qui les maintient ensemble, un phénomène connu sous le nom d’interaction par déplétion. Gonzalez La Corte a utilisé cette théorie pour modéliser la croissance des câbles bactériens, permettant de prédire quand ces structures survivront et se développeront dans un environnement polymérique.
Légende illustration : Un rendu 3D capturé par un microscope confocal montre le développement de « câbles » serpentins lorsque des cellules bactériennes E. coli non mobiles prolifèrent dans une solution polymère. Credit: Sebastian Gonzalez La Corte et al./Princeton University/Caltech
Article : « Morphogenesis of bacterial cables in polymeric environments » – DOI: 10.1126/sciadv.adq7797
Source : Caltech
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