Chaque fois que vous prenez une douche, vous pouvez voir comment de petites gouttelettes d’eau se combinent pour former de plus grosses gouttes.
Aux chercheurs de l'Université d'Erlangen -Nuremberg (Université Friedrich-Alexander d'Erlangen-Nuremberg, FAU), le Centre Max Planck de physique et de médecine (Max-Planck-Zentrum für Physik und Medizin, MPZPM) et l'Institut de physique des systèmes complexes. Max Planck à Dresde (Max-Planck-Institut für Physik komplexer Systeme, MPI-PKS) a pu développer un modèle statistique pour décrire la formation, la dynamique et la mécanique de telles colonies cellulaires.
Quand les bactéries conquièrent de nouveaux territoires, onl'une de leurs premières tâches est de s'unir et de former des colonies microscopiques. Au sein de ces communautés, les micro-organismes sont mieux protégés des forces extérieures, des antibiotiques et d’autres influences négatives qu’individuellement. Par conséquent, sous cette forme, ils sont plus dangereux pour les personnes et les autres organismes. Cela s'applique également aux gonocoques (Neisseria gonorrhoeae), qui forment en quelques heures des amas de cellules sphériques sur la peau humaine (mucus), constitués de plusieurs milliers d'organismes unicellulaires.
Comme beaucoup d'autres bactéries, Neisseriagonorrhoeae ont de longs processus filamenteux mobiles - bu. Ils les utilisent pour se fixer aux surfaces et se déplacer. Ils aident les bactéries à interagir les unes avec les autres et à se lier pour former des colonies. Au microscope, ce processus ressemble à la coalescence de gouttelettes d'eau.
Des chercheurs d'Erlangen et de Dresde ont maintenant réussi à décrire mathématiquement ce comportement de N. gonorrhoeae. Crédit: Hui-Shun Kuan / FAU.
Dans un projet commun mené par un post-doctorantHui-Shun Kuan (FAU), Wolfram Penisch (Cambridge University Postdoc), le professeur Frank Yulicher (MPI-PKS) et le professeur Vasily Zaburdaev, chef du département de mathématiques des sciences naturelles de la FAU ont développé une théorie pour décrire ces processus à l'aide de méthodes de physique statistique. Ils utilisent les forces agissant entre les bactéries à travers les pili comme point de départ pour leur modèle. Ainsi, ils ont pu reconstruire mathématiquement le développement des colonies. Le processus est similaire à la condensation d'un liquide ou à la séparation de deux phases telles que l'eau et l'huile. Lorsque le nombre de bactéries par unité de surface dépasse une certaine limite, elles se combinent spontanément et forment une goutte dense, entourée de seulement quelques cellules individuelles.
Ces gouttelettes cellulaires sont viscoélastiques:ils répondent élastiquement à une déformation rapide et se déplacent comme un fluide visqueux pendant une longue période. Le comportement approprié qu'elles présentent dépend du fait que la bande de scies entrelacées a le temps de se reconstruire. Le modèle des chercheurs montre le rôle central de ces projections filamenteuses dans la formation des colonies et comment elles déterminent leurs propriétés mécaniques.
Les résultats obtenus peuvent être généralisés, ainsi queutilisé pour décrire la mécanique et la dynamique d'amas denses de cellules telles que des tumeurs solides ou des tissus. Ainsi, la théorie peut aider les médecins à identifier des cibles potentielles pour ralentir ou même arrêter la formation de colonies bactériennes ou de tumeurs avec de nouvelles substances actives.
Espèce bactérienne Neisseria gonorrhoeae,l'agent causal de la gonorrhée sexuellement transmissible forme de grandes colonies de plusieurs milliers de cellules en quelques heures. Crédits: Nicholas Bie / Brooklyn College
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Postdoc est un chercheur qui a reçu un candidat en sciences / doctorat ou qui a soutenu avec succès un doctorat et qui souhaite poursuivre une carrière universitaire.
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