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Des forces internes dans un biofilm flottant de bactéries


En collaboration avec un chercheur de l’Ecole Polytechnique, une équipe du Laboratoire de Physique des Solides à Orsay a découvert l’existence d’une nouvelle force à l’intérieur des biofilms. Les auteurs ont mesuré cette force grâce à un dispositif original et ont pu identifier son origine sans aucune hypothèse ni aucun modèle.

Les biofilms sont les modes de vie prévalents des microorganismes comme les bactéries existants bien avant l’apparition des plantes, des animaux et des autres formes multicellulaires vivantes. Les bactéries colonisent les surfaces et produisent un gel protecteur leur permettant de survivre dans des conditions hostiles. Les biofilms ont des impacts aussi bien négatifs (source infectieuse) que positifs (bio-remédiation) sur la société et sur l’environnement.

Les expériences démontrent que les biofilms flottants d’une souche de B. subtilis sont sujets à une force mécanique interne et suggèrent que ces biofilms sont générés par les bactéries comme des édifices renforcés précontraints. La force est générée par la croissance du biofilm : les bactéries sont engluées dans un réseau de molécules qu’elles sécrètent et qui se développe au cours du temps dans un espace limité ; elles se retrouvent comprimées mécaniquement. En filmant la réponse des biofilms à une coupure, les auteurs ont pu aussi montrer quel est le bénéfice pour un biofilm d’être naturellement précontraint. La force maintient l’intégrité de la structure et facilite sa cicatrisation.

Une des questions clés pour comprendre pourquoi les biofilms sont les modes de vie prévalents concerne l’origine de leur degré de résistance et de protection que les bactéries gagnent en organisant leur communauté en biofilm. Des expériences originales suggèrent que l’une des raisons pourrait provenir des propriétés mécaniques. Quand les bactéries se multiplient et sécrètent de la matrice extracellulaire, les expériences effectuées sur les pellicules ou sur les biofilms flottants montrent que les bactéries créent par elles-mêmes une force interne (associée à un stress de - 80 ± 25 Pa) à l’intérieur des biofilms, une force similaire aux forces qui s’auto-équilibrent et renforcent les plantes, les organes et quelques constructions civiles. Cette force ou stress est ici associée à une pression de croissance. Les observations indiquent qu’après toutes coupures ou ablations, les biofilms s’étendent jusqu’à 15-20% de leur taille initiale du fait de cette force. La force relaxe sur des temps très courts (une dizaine de millisecondes). L’ensemble des données suggère que ces forces internes aident les bactéries à façonner les biofilms (contrôler leur morphologie), à améliorer la résistance mécanique des biofilms, à faciliter leur invasion de surface ainsi que leur cicatrisation.

Référence :


Carine Douarche, Jean-Marc Allain, and Eric Raspaud.
Bacillus subtilis Bacteria Generate an Internal Mechanical Force within a Biofilm
Biophysical Journal 109, 2195 (2015).

Contact :

Eric Raspaud