Des scientifiques de la Graduate School of Information Science and Technology de l'Université de Tokyo ont calculé l'efficacité du réseau sensoriel utilisé par les bactéries pour se déplacer vers la nourriture et l'ont trouvé optimal du point de vue de la théorie de l'information. Ces travaux pourraient conduire à une meilleure compréhension du comportement des bactéries et de leurs réseaux sensoriels.

Bien qu'étant des organismes unicellulaires, des bactéries telles que E. Coli peuvent effectuer des exploits impressionnants de détection et d'adaptation dans des conditions environnementales en constante évolution. Par exemple, ces bactéries peuvent détecter la présence d'un gradient chimique indiquant la direction de la nourriture et se déplacer vers elle. Ce processus est appelé chimiotaxie, et s'est avéré remarquablement efficace, à la fois pour sa grande sensibilité à de minuscules changements de concentration et pour sa capacité à s'adapter aux niveaux de fond. Cependant, la question de savoir s'il s'agit du meilleur système de détection possible pouvant exister dans des environnements bruyants, ou un compromis évolutif sous-optimal, n'a pas été déterminé.

Maintenant, des chercheurs de l'Université de Tokyo ont montré que le modèle standard utilisé par les biologistes pour décrire la chimiotaxie bactérienne est, En réalité, mathématiquement équivalente à la dynamique optimale. Dans ce cadre, les récepteurs à la surface de la bactérie peuvent être modulés par la présence des molécules cibles, mais ce réseau de signalisation peut être affecté par du bruit aléatoire. Une fois que les bactéries ont déterminé si elles nagent vers ou loin de la nourriture, ils peuvent ajuster leur comportement de nage en conséquence.

"E. coli peut soit se déplacer en ligne droite, soit se réorienter de manière aléatoire via le culbutage. En réduisant la fréquence du culbutage lorsqu'il détecte un gradient de concentration d'attractif positif, la bactérie peut se déplacer préférentiellement vers l'aliment, " dit le premier auteur Kento Nakamura.

En utilisant la théorie du filtrage non linéaire, qui est une branche de la théorie de l'information qui traite de la mise à jour des informations sur la base d'un flux d'informations en temps réel, les scientifiques ont montré que le système utilisé par les bactéries est en effet optimal.

"Nous constatons que le meilleur système de filtrage du bruit possible coïncide avec le modèle biochimique du système sensoriel d'E. coli, " explique l'auteur principal Tetsuya J. Kobayashi.

Les résultats de cette recherche peuvent également être appliqués aux systèmes sensoriels d'autres organismes, tels que les récepteurs couplés aux protéines G utilisés pour la vision. Étant donné que tous les systèmes vivants doivent être capables de détecter et de réagir à leur environnement, ce projet peut aider à évaluer l'efficacité du filtrage de l'information de manière plus générale.