Une nouvelle voie d'auto-organisation des écosystèmes bactériens

Publié par Isabelle le 04/09/2020 à 13:00
Source: CNRS INSIS
Malgré leur apparente simplicité, bactéries et microorganismes parviennent à s'assembler en formes complexes. Afin de mieux comprendre comment elles créent ces formes, des chercheurs du laboratoire Matière et systèmes complexes et de l'université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission...) de Hong Kong (Devise nationale : Sapientia et Virtus) ont modifié génétiquement des souches de bactéries (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, le peptidoglycane. Les...) E. coli en ajoutant un contrôle (Le mot contrôle peut avoir plusieurs sens. Il peut être employé comme synonyme d'examen, de vérification et de maîtrise.) croisé de leur motilité. Dans ces travaux publiés dans la revue Nature Physics, les bactéries s'organisent en anneaux concentriques, les différentes souches s'éloignant ou se mélangeant selon qu'elles sont programmées pour se ralentir ou s'accélérer mutuellement.


Deux souches de bactéries, visualisées par fluorescence en rouge (La couleur rouge répond à différentes définitions, selon le système chromatique dont on fait usage.) et en vert (Le vert est une couleur complémentaire correspondant à la lumière qui a une longueur d'onde comprise entre 490 et 570 nm. L'œil humain possède un...) respectivement, sont déposées au centre d'une boîte de Petri. Ces souches ont été modifiées génétiquement de telle sorte que chacune augmente localement la motilité de l'autre. Lors de leur migration (de gauche à droite), les bactéries s'autoorganisent dans des anneaux concentriques menant à la séparation (D'une manière générale, le mot séparation désigne une action consistant à séparer quelque chose ou son résultat. Plus particulièrement il est employé dans...) spatiale des deux souches. © MSC (En France un MSc est un diplôme d’enseignement supérieur accrédité par la Conférence des grandes écoles.)

Lors du développement des embryons ou pour former des colonies, et bien qu'elles ne possèdent pas les 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...) et l'intelligence d'organismes plus complets, les cellules s'autoorganisent en des formes parfois très complexes. De nombreux travaux étudient comment, à partir d'un jeu de règles comportementales simples, ces organismes microscopiques s'arrangent dans l'espace et dans le temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.). Les bactéries façonnent par exemple des colonies aux configurations variées, dessinées par la répartition de différentes souches bactériennes. Des physiciens du laboratoire Matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état liquide, l'état gazeux. La matière occupe de l'espace et...) et systèmes complexes (MSC, CNRS/Université de Paris) et des microbiologistes de l'université de Hong Kong ont exploré ce phénomène et montré que, en présence de deux souches de bactéries, une régulation (Le terme de régulation renvoie dans son sens concret à une discipline technique, qui se rattache au plan scientifique à l'automatique.) croisée (Croisée peut désigner :) de leur motilité produit à la fois une structuration spatiale de la colonie en anneaux concentriques et une séparation ou un mélange (Un mélange est une association de deux ou plusieurs substances solides, liquides ou gazeuses qui n'interagissent pas chimiquement. Le résultat de l'opération est une préparation aussi appelée...) des souches.

Les chercheurs ont pour cela modifié génétiquement des bactéries Escherichia coli, pour obtenir deux variantes, chacune émettant des molécules qui agissent sur la motilité, ou l'efficacité du déplacement ( En géométrie, un déplacement est une similitude qui conserve les distances et les angles orientés. En psychanalyse, le déplacement est mécanisme de défense déplaçant la...), de l'autre. Dans une configuration altruiste, où chaque souche produit une substance qui favorise l'autre, les souches se dissocient. À l'inverse (En mathématiques, l'inverse d'un élément x d'un ensemble muni d'une loi de composition interne · notée multiplicativement, est un élément y tel que x·y = y·x = 1, si 1 désigne...), lorsqu'elles se ralentissent l'une l'autre, les souches restent mélangées. Dans les deux cas, les bactéries s'arrangent en anneaux concentriques, alors qu'elles ne sont pas individuellement sensibles à la position de leurs voisines. L'expérience confirme ainsi l'efficacité d'un nouveau mécanisme d'organisation (Une organisation est) spatiale entre plusieurs espèces, que les chercheurs avaient identifié dans des simulations numériques et compris à travers leur analyse théorique. Au-delà des questions fondamentales ayant trait à l'auto-organisation (L'auto-organisation est un phénomène de mise en ordre croissant, et allant en sens inverse de l'augmentation de l'entropie; au prix bien entendu d'une dissipation d'énergie qui servira...) en biologie (La biologie, appelée couramment la « bio », est la science du vivant. Prise au sens large de science du vivant, elle recouvre une partie des sciences naturelles et de l'histoire naturelle...), ces travaux laissent entrevoir de nouvelles manières d'organiser la matière active, celle constituée d'éléments capables de se déplacer seuls, avec à terme des applications en robotique et en science des matériaux (La science des matériaux repose sur la relation entre les propriétés, la morphologie structurale et la mise en œuvre des matériaux qui constituent les...).

Références:

Engineering cooperative patterns in multi-species bacterial colonies,
A. I. Curatolo, N. Zhou, Y. Zhao, C. Liu (Liu (chinois : 柳宿, pinyin : liǔ xiù) est une loge lunaire de l'astronomie chinoise. Son étoile référente (c'est-à-dire celle qui délimite la frontière...), A. Daerr, J. Tailleur and J. Huang.
Nature Physics, août 2020.
https://doi.org/10.1038/s41567-020-0964-z
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