Les membranes cellulaires passent de manière transparente entre des configurations 3D distinctes. C'est une caractéristique remarquable qui est essentielle pour plusieurs phénomènes biologiques tels que la division cellulaire, la mobilité cellulaire, le transport des nutriments dans les cellules et les infections virales. Des chercheurs de l'Indian Institute of Science (IISc) et leurs collaborateurs ont récemment mis au point une expérience qui met en lumière le mécanisme par lequel de tels processus pourraient se produire en temps réel.

Les chercheurs ont examiné les membranes colloïdales, qui sont des couches micrométriques de particules alignées en forme de bâtonnets. Les membranes colloïdales fournissent un système plus facile à étudier car elles présentent bon nombre des mêmes propriétés que les membranes cellulaires. Contrairement à une feuille de plastique, où toutes les molécules sont immobiles, les membranes cellulaires sont des feuilles fluidiques dans lesquelles chaque composant est libre de diffuser. "Il s'agit d'une propriété clé des membranes cellulaires qui est également disponible dans notre système [membrane colloïdale]", explique Prerna Sharma, professeure associée au Département de physique, IISc, et auteur correspondant de l'étude publiée dans la revue Actes de l'Académie nationale des sciences .

Les membranes colloïdales ont été composées en préparant une solution de virus en forme de bâtonnet de deux longueurs différentes :1,2 micromètre et 0,88 micromètre. Les chercheurs ont étudié comment la forme des membranes colloïdales change à mesure que l'on augmente la fraction de bâtonnets courts dans la solution. "J'ai fait plusieurs échantillons en mélangeant différents volumes des deux virus, puis je les ai observés au microscope", explique Ayantika Khanra, titulaire d'un doctorat. étudiant au Département de physique et premier auteur de l'article.

Lorsque le rapport des bâtonnets courts est passé de 15 % à 20 à 35 %, les membranes sont passées d'une forme en forme de disque plat à une forme en forme de selle. Au fil du temps, les membranes ont commencé à fusionner et à grossir. Les selles ont été classées selon leur ordre, qui est le nombre de hauts et de bas rencontrés lorsque l'on se déplace le long du bord de la selle. Les chercheurs ont observé que lorsque les selles fusionnaient latéralement, elles formaient une plus grande selle du même ordre ou d'un ordre supérieur. Cependant, lorsqu'ils ont fusionné à angle presque droit, loin de leurs bords, la configuration finale était une forme de type caténoïde. Les caténoïdes ont ensuite fusionné avec d'autres selles, donnant naissance à des structures de plus en plus complexes, comme les trinoïdes et les quadri-noïdes.

Pour expliquer le comportement observé des membranes, les chercheurs ont également proposé un modèle théorique. Selon les lois de la thermodynamique, tous les systèmes physiques tendent à évoluer vers des configurations à basse énergie. Par exemple, une goutte d'eau prend une forme sphérique car elle a une énergie plus faible. Pour les membranes, cela signifie que les formes avec des bords plus courts, comme un disque plat, sont plus favorisées. Une autre propriété qui joue un rôle dans la définition de la configuration de la membrane est le module de courbure gaussien. Un élément clé de l'étude était de montrer que le module de courbure gaussien des membranes augmente lorsque la fraction de bâtonnets courts augmente. Cela explique pourquoi l'ajout de tiges plus courtes a conduit les membranes vers des formes en forme de selle, qui sont moins énergétiques. Cela explique également une autre observation de leur expérience où les membranes d'ordre inférieur étaient de petite taille, tandis que les membranes d'ordre élevé étaient grandes.

"Nous avons proposé un mécanisme de génération de courbure des membranes fluidiques qui est nouveau. Ce mécanisme de réglage de la courbure en modifiant le module gaussien pourrait également être en jeu dans les membranes biologiques", explique Sharma. Elle ajoute qu'ils veulent continuer à étudier comment d'autres changements microscopiques dans les composants de la membrane affectent les propriétés à grande échelle des membranes. + Explorer plus loin

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