Recherchez sur tout Techno-Science.net
       
Techno-Science.net : Suivez l'actualité des sciences et des technologies, découvrez, commentez
Catégories
Techniques
Sciences
Encore plus...
Techno-Science.net
Bons plans et avis Gearbest: Xiaomi Mi Mix2, OnePlus 5T
Code promo Gearbest: réduction, coupon, livraison...
Photo Mystérieuse

Que représente
cette image ?
Posté par Michel le Vendredi 23/09/2011 à 12:00
Ondes de concentration de bactéries chimiotactiques
Des chercheurs du laboratoire Physico-chimie Curie (PCC, CNRS/Institut Curie) apportent du nouveau sur les mécanismes qui permettent aux populations bactériennes chimiotactiques de se mouvoir collectivement au sein d'un fluide. Leurs travaux, réalisés sur l'organisme modèle Escherichia coli (Escherichia coli, également appelé colibacille ou E. coli, est une bactérie intestinale des mammifères très commune chez l'être humain. Découverte en 1885 par...), sont détaillés dans un article publié dans PNAS le 14 septembre 2011.

La bactérie Escherichia coli, que l'on retrouve dans les intestins de mammifères, est capable de nager en milieu liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est facilement déformable mais difficilement compressible.) homogène. Son mouvement global consiste en une alternance de « runs », au cours desquels la bactérie se déplace en lignes droites, et de « tumbles », qui réorientent sa trajectoire (La trajectoire est la ligne décrite par n'importe quel point d'un objet en mouvement, et notamment par son centre de gravité.) de manière aléatoire. Escherichia coli est en outre une bactérie chimiotactique qui répond aux gradients de concentration de certaines molécules, nutritives par exemple, en allongeant ses phases de run pour se diriger préférentiellement vers la source de la substance convoitée. Par ailleurs, cette bactérie secrète des acides-aminés, qui se trouvent être des attractants pour les autres cellules présentes dans le milieu. En fait, c'est par le biais de ce couplage entre émission et détection d'attractants que les bactéries parviennent à communiquer entre elles.


Figure: A, B) Propagation d'ondes de concentration en bactéries dans un réseau de micro-canaux d'environ 100 ?m de profondeur. Dans chacun des canaux, l'onde se propage à environ 4 ?m/s, de manière très reproductible. Elle est très peu dispersive et ne s'étale pas au cours de la propagation. C) Le zoom montre la superposition (En mécanique quantique, le principe de superposition stipule qu'un même état quantique peut possèder plusieurs valeurs pour une...) des trajectoires individuelles de quelques bactéries dans le front durant 20 secondes. La couleur (La couleur est la perception subjective qu'a l'œil d'une ou plusieurs fréquences d'ondes lumineuses, avec une (ou des) amplitude(s) donnée(s).) violette est associée aux temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) initiaux et la couleur rouge (La couleur rouge répond à différentes définitions, selon le système chromatique dont on fait usage.) aux temps longs. © PCC, Jonathan Saragosti, Pascal Silberzan

L'action concertée des bactéries, médiée par ce moyen de communication (La communication concerne aussi bien l'homme (communication intra-psychique, interpersonnelle, groupale...) que l'animal (communication intra- ou inter-...) chimique, est particulièrement importante, notamment dans l'équilibre des flores, la dépollution ou la formation de biofilms (1). L'une des manifestations spectaculaires de cet effet collectif est l'existence d'ondes de concentration caractérisées par une densité élevée en bactéries à certains endroits du milieu étudié. Dans des microcanaux, ces ondes peuvent se propager sur des distances de l'ordre du centimètre avec très peu de dispersion (La dispersion, en mécanique ondulatoire, est le phénomène affectant une onde dans un milieu dispersif, c'est-à-dire dans lequel les différentes fréquences constituant l'onde ne...). Qualitativement, les bactéries consomment la substance nutritionnelle, ce qui crée un premier gradient qui les oblige à se déplacer vers des zones plus riches. En même temps, la sécrétion des chemoattractants maintient une onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible des propriétés physiques locales. Elle...) bien définie plutôt qu'un front diffus.

Afin de détailler plus précisément les mécanismes à l'origine de ce phénomène, l'équipe de Pascal Silberzan et Axel Buguin au PCC a utilisé une approche à plusieurs niveaux, en couplant des observations (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude appropriés. Le plaisir...) (vitesses et profils des ondes) à l'échelle de la population toute entière avec les trajectoires individuelles des bactéries qui la constituent, en fonction de leur position au sein (Le sein (du latin sinus, « courbure, sinuosité, pli ») ou la poitrine dans son ensemble, constitue la région ventrale supérieure du...) du front. Les chercheurs sont parvenus à mettre en évidence un nouvel effet contribuant significativement au déplacement des bactéries dans les gradients ainsi créés. En effet, l'allongement des séquences de run dans la direction favorable mentionné plus haut n'explique que 70 % environ de la vitesse (On distingue :) moyenne (La moyenne est une mesure statistique caractérisant les éléments d'un ensemble de quantités : elle exprime la grandeur qu'auraient chacun des membres de l'ensemble s'ils étaient tous identiques...) des bactéries. Les réorientations durant les tumbles jouent de fait un rôle crucial dans le déplacement ordonné et concerté des microorganismes puisqu'elles sont de moindre amplitude (Dans cette simple équation d’onde :) lorsque les bactéries se déplacent dans le sens (SENS (Strategies for Engineered Negligible Senescence) est un projet scientifique qui a pour but l'extension radicale de l'espérance de vie humaine. Par une évolution progressive allant du ralentissement du vieillissement, suivi...) favorable, c'est-à-dire vers les endroits riches en nourriture. En outre, les scientifiques montrent que les durées de run et de tumble sont modulées le long du pic de concentration: tandis que les bactéries à l'arrière se déplacent très efficacement vers l'avant, celles qui sont en première ligne ont une vitesse de dérive plus faible. C'est par ce mécanisme actif que le pic montre peu de dispersion et ne s'étale pas au cours du temps.

Les chercheurs ont poussé leur analyse en collaborant avec Vincent Calvez de l'Unité de mathématiques pures et appliquées (UMPA, CNRS/ENS Lyon/Inria), Benoît Perthame du Laboratoire Jacques-Louis Lions (LJLL, CNRS/Université Pierre & Marie Curie) et Nikolaos Bournaveas de l'Ecole de mathématiques (Edinburgh, UK). Ces trois théoriciens ont élaboré un modèle cinétique s'appuyant sur le modèle de Boltzmann de théorie cinétique des gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la matière n'a pas de forme propre ni de volume propre : un...), les tumbles étant alors l'équivalent des chocs moléculaires. L'accord avec les expériences menées au PCC a été quantitatif: la forme et l'évolution des profils de concentration en bactéries ont été parfaitement bien décrites, la modulation du biais de temps de run et de réorientation également.

L'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une...) de ces résultats pourraient s'appliquer aux biofilms responsables des infections nosocomiales qui peuvent être contractées dans les établissements de santé. En effet, il est très envisageable que la création de certains de ces biofilms résulte de l'action concertée de bactéries, via l'onde de concentration, et non de l'adhésion isolée de bactéries indépendantes. Si cette hypothèse venait à se confirmer, des stratégies originales pourraient être mises au point (Graphie) dans le but de prévenir ces infections nosocomiales, qui représentent aujourd'hui un problème majeur de santé publique en milieu hospitalier et qui, pour des raisons évidentes, font l'objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace à trois dimensions, qui a une fonction précise, et...) d'un programme de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la...) particulier à l'Institut Curie (L'Institut Curie est une fondation, dont les activités principales sont d'une part la compréhension des mécanismes de cancérogenèse avec un...).

Note:

(1) Un biofilm est un rassemblement de bactéries, consolidé par une matrice extracellulaire qui forme une sorte de colle (Une colle ou la glu est un produit de nature liquide ou gélatineuse servant à lier des pièces entre elles. Ces pièces peuvent...) entre les cellules.


Référence:

Directional persistence of chemotactic bacteria (Les bactéries (Bacteria) sont des organismes vivants unicellulaires procaryotes, caractérisées par une absence de noyau et d'organites. La plupart des bactéries possèdent une paroi cellulaire glucidique,...) in a traveling concentration wave, Jonathan Saragosti, Vincent Calvez, Nikolaos Bournaveas, Benoît Perthame, Axel Buguin, Pascal Silberzan, PNAS, Published online before print September 14, 2011, doi:10.1073/pnas.1101996108.


Commentez et débattez de cette actualité sur notre forum Techno-Science.net. Vous pouvez également partager cette actualité sur Facebook, Twitter et les autres réseaux sociaux.
Icone partage sur Facebook Icone partage sur Twitter Partager sur Messenger Icone partage sur Delicious Icone partage sur Myspace Flux RSS
Source: CNRS-INSB
 
Jeudi 23 Novembre 2017 à 00:00:06 - Vie et Terre - 0 commentaire
» Un bon odorat pour une bonne croissance
Mardi 21 Novembre 2017 à 12:00:21 - Physique - 0 commentaire
» Photosynthèse: de l’huile dans les rouages