On peut l'observer chaque fois que vous prenez une douche :de petites gouttelettes d'eau se rejoignent pour former des gouttes de plus en plus grosses, jusqu'à ce qu'elles soient si lourdes qu'elles coulent le long du mur. Les scientifiques appellent ce phénomène de la vie quotidienne la coalescence, ce qui, étonnamment, fournit également la clé pour comprendre comment les bactéries forment des colonies. Chercheurs de la Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), le Max-Planck-Zentrum für Physik und Medizin (MPZPM) à Erlangen et l'Institut Max Planck pour la physique des systèmes complexes à Dresde (MPI-PKS) ont maintenant réussi à développer un modèle statistique pour décrire la formation, dynamique et mécanique de tels assemblages de cellules. Ils ont publié leurs résultats dans la prestigieuse revue Lettres d'examen physique .

Quand les bactéries conquièrent de nouveaux territoires, l'une de leurs premières tâches est de se réunir et de former des colonies microscopiques. Au sein de ces communautés, les micro-organismes sont mieux protégés contre les forces, antibiotiques et autres influences négatives que des individus isolés - et donc plus dangereux pour les humains et les autres organismes. Ceci s'applique également aux gonocoques (Neisseria gonorrhoeae), qui forment des amas de cellules sphériques sur la peau humaine (mucus) en quelques heures, constitué de plusieurs milliers d'organismes unicellulaires. Ces structures sont les véritables unités pathogènes, la cause de la deuxième maladie sexuellement transmissible la plus répandue au monde, blennorragie.

Comme beaucoup d'autres bactéries, N. gonorrhoeae a longtemps, mobile, extensions en forme de fil. Ils utilisent ces pili pour s'accrocher aux surfaces et se déplacer. Les appendices interagissent également les uns avec les autres et se lient activement pour former des colonies. Vu au microscope, ce processus ressemble à la coalescence de gouttelettes d'eau.

Les extensions cellulaires déterminent de manière significative les propriétés des colonies bactériennes

Dans un projet conjoint dirigé par le postdoctorant Dr. Hui-Shun Kuan (FAU), ancien doctorat étudiant Wolfram Pönisch (maintenant post-doctorant à l'Université de Cambridge), Professeur Frank Jülicher (MPI-PKS) et Professeur Vasily Zaburdaev, titulaire de la Chaire de Mathématiques en Sciences de la Vie à la FAU et membre du Conseil Scientifique du MPZPM, ont développé une théorie pour décrire ces processus en utilisant des méthodes de la physique statistique. Comme point de départ de leur modèle, ils utilisent les forces exercées entre les bactéries via les pili. De cette façon, ils ont réussi à reconstituer mathématiquement le développement des colonies. Le processus est analogue à la condensation d'un liquide ou à la séparation de deux phases, comme l'eau et l'huile. Lorsque le nombre de microbes par unité de surface dépasse une certaine limite, ils se rejoignent spontanément et forment une goutte dense entourée de seulement quelques cellules individuelles.

Ces gouttelettes cellulaires sont viscoélastiques :elles réagissent de manière élastique à une déformation rapide et se déplacent comme un fluide visqueux sur de plus longues périodes. Le comportement respectif qu'ils présentent dépend de si le réseau de pili entrelacés a suffisamment de temps pour se réorganiser. Le modèle des chercheurs montre le rôle central que jouent ces projections filiformes dans la formation des colonies et comment elles déterminent leurs propriétés mécaniques.

Les résultats peuvent être généralisés et également utilisés pour décrire la mécanique et la dynamique des assemblages cellulaires denses tels que les tumeurs solides ou les tissus. La théorie peut ainsi aider les médecins à identifier des cibles potentielles pour ralentir voire arrêter la formation de colonies bactériennes ou de tumeurs avec de nouvelles substances actives.