Nanotechnologies: Imiter le mode de propulsion des bactéries

Des chercheurs ont découvert de nouvelles informations sur la façon dont certaines bactéries se propulsent d'un endroit à l'autre. L'étude des micromouvements bactériens bénéficiera aux scientifiques et ingénieurs qui développent des nano-dispositifs mécaniques qui pourraient un jour faire circuler des fluides ou transporter des molécules sans l'aide de pompes ni de charges électriques.


L'étude, publiée dans l'édition du 30 juin de Nature, peut également permettre d'élucider la façon dont les microbes pathogènes parcourent le corps humain lors d'une maladie.

En utilisant un système original de canaux microscopiques, les chercheurs de l'Université de Harvard ont séparé des cellules individuelles d'Escherichia coli de leur "essaim" caractéristique et les ont enregistré sur vidéo tandis qu'elles nageaient sur différents types de surfaces. Bactérie gastro-intestinale commune, E. coli préfére nager sur des gels poreux présentant des caractéristiques semblables aux tissus biologiques plutôt que sur des surfaces solides vitreuses. Leur étude sur des surfaces poreuses peut être menée pendant des périodes beaucoup plus longues.

L'équipe a développé une nouvelle technologie pour fabriquer des microcanaux de seulement 10 microns de large, soit un dixième du diamètre d'un cheveu. Les murs des canaux étaient constitués soit par un gel poreux soit par un solide composé de silicone-caoutchouc.

E. coli utilise des flagelles, sortes de fouets, pour se propulser. Des "moteurs" dans la paroi des cellules vrillent les flagelles en faisceaux qui tournent dans le sens contraire des aiguilles d'une montre, créant une torsion qui fait tourner la bactérie dans le sens opposé.

Losque des cellules étaient introduites à chaque extrémité d'un microcanal contenant le gel vers le bas, les cellules ont nagé préférentiellement du côté droit du canal ce qui provoquait un mouvement ordonné ressemblant au flot de voitures sur une route à deux voies. Les microbes nageant plus près de la surface gélatineuse se déplaçaient plus rapidement que ceux situés près de la surface solide. Les auteurs de l'étude supposent que les bactéries plus proches de la surface poreuse éprouvent moins de résistance et se déplacent ainsi plus rapidement.

"En raison de la taille de E. coli relativement à l'espacement des molécules d'eau environnantes, l'expérience est analogue à celle d'un être humain se déplaçant dans du miel", indique Willow DiLuzio, co-auteur de l'article. "Des propriétés hydrodynamiques inédites doivent être envisagées afin de comprendre leur mouvement et pouvoir le répliquer dans des nano-dispositifs synthétiques".

Les surfaces des cellules dans le corps humain sont souvent enduites d'une couche semblable au gel de l'expérience. De futures recherches sur le mouvement microbien seront nécessaires pour comprendre comment les maladies infectieuses humaines se développent et comment les infections pourraient être stoppées dans le corps.