Les bactéries explorent leur environnement aussi à partir des surfaces

En milieu liquide, une population bactérienne est capable de se déplacer vers des conditions qui lui sont plus favorables. Pour ce faire, chaque bactérie suit une « marche aléatoire », faite de portions de chemins droits et d’événements très brefs de réorientation dont elle biaise la fréquence. Lorsqu’une bactérie E. coli s’approche d’une surface, l'hydrodynamique la contraint à adopter une trajectoire circulaire à quelques centaines de nanomètres au-dessus de la surface. La bactérie est piégée. Mais est-elle si contrainte que cela dans cette étape critique pour l’infection et la colonisation de nouveaux environnements ?

Pour répondre à cette question, une équipe de chercheurs spécialisés dans les développements de capteurs de l’IP2I et des chercheurs travaillant sur la nage des bactéries sur les surfaces du Laboratoire de Physique et du Laboratoire de Géologie de Lyon ont combiné leurs savoir-faire. En décomposant la séquence du mouvement du corps de la bactérie modèle E. coli à très haute fréquence (500 Hz) sur de longues durées (2 s), on observe que la bactérie effectue des pauses de nage très brèves (100 ms). Pendant ces intervalles, le corps se réoriente, mais tantôt sa réorientation résultante est très faible, tantôt elle est extrêmement importante. Ainsi, ce comportement erratique permet, contre toute attente, aux bactéries piégées près d'une surface de s’affranchir de cette fatalité en se réorientant brutalement. Les bactéries peuvent alors explorer un environnement plus vaste.



Trajectoire circulaire (vert) d'une bactérie E. Coli (blanc) au voisinage d'une surface (vidéomicroscopie en champ sombre). La bactérie accomplie des réorientations (flèches rouges) sans toutefois quitter la surface. Échelle : 10 µm.

 

Courbe de la vitesse (en haut, en rouge) et de l'orientation (en bas, en bleu) en fonction du temps. Un évènement de réorientation (surlignage gris) s'accompagne d'une chute de vitesse qui précède la réorientation angulaire (panel de droite)



Référence article : Laurence Lemelle, Thomas Cajgfinger, Cao Cuong Nguyen, Agnès Dominjon, Christophe Place, Élodie Chatre, Rémi Barbier, Jean-François Palierne et Cédric Vaillant. Tumble Kinematics of Escherichia coli near a Solid Surface. Biophysical Journal, 2020. https://doi.org/10.1016/j.bpj.2020.03.024