Physico-chemical determinants of bacterial interactions – PHYSCHEMBACT

Les interactions entre une bactérie et son environnement proche mettent en jeu des phénomènes complexes d'origine biologique et/ou physico-chimique qui sont difficiles à quantifier. De nombreuses études accèdent aux propriétés dites de surface de ces particules par des mesures indirectes et globales. Ces analyses, conduites depuis une dizaine d'années, ont montré dans la plupart des cas leurs incapacités à décrire le comportement des bactéries depuis l'échelle nanométrique jusqu'à l'échelle macroscopique. Cet échec est en partie dû à la complexité et l'hétérogénéité des cellules bactériennes trop souvent assimilées à des colloïdes durs, inertes en dépit de leurs caractères mou, perméable et déformable. Un des défis à relever dans les prochaines années consiste donc à affiner l'analyse de la dynamique des enveloppes très hétérogènes- des microorganismes afin d'aboutir à une description mécanistique à différentes échelles (molécule, cellule, population). - L'objectif de ce projet est d'identifier et de quantifier les contributions physico-chimiques gouvernant les interactions de bactéries avec leur environnement proche. L'originalité du projet s'appuie sur la combinaison d'approches expérimentales et théoriques innovantes visant à quantifier les propriétés physico-chimiques des bactéries à différentes échelles (spatiale et temporelle) et dont l les structures de surface seront modulées en utilisant différents variants génétiques du modèle bactérien Escherichia coli K12. Le projet sera développé autour de 2 axes visant à décrire (i) dans un premier temps les relations structures-propriétés au moyen de différents paramètres physico-chimiques mesurés en conditions d'équilibre ou en conditions dynamiques (Taches 1 à 4) puis (ii) dans un deuxième temps (Tache 5) de quantifier les modifications de ces propriétés en réponse à l'addition de molécules antiadhésives ou d'antibiotiques. - Ce projet pluridisciplinaire, proposé par un jeune chercheur du LCPME, met en œuvre la complémentarité des compétences rencontrées au LCPME (physico-chimistes, et microbiologistes). En outre, il s'appuie sur un partenaire local en la personne d'un jeune chercheur du LEM qui apporte une expertise théorique physico-chimique nécessaire à l'interprétation quantitative des résultats. Enfin, les constructions génétiques des différentes souches seront réalisées au GGB de l'institut Pasteur.
Le projet est divisé en cinq taches : - T1 : Cette tache a pour but de quantifier les propriétés électro-hydrodynamiques des enveloppes bactériennes par des méthodes électrocinétiques comme la micro-électrophorèse et la conductimètrie en fonction des conditions physico-chimiques du milieu. En particulier, les gradients interfaciaux de champ électrique et la perméabilité à l'eau des structures externes seront évalués en faisant appel à un cadre théorique qui prend en compte les structures de surface ainsi que le caractère hétérogène et mou des interfaces bactériennes. - T2 : Des mesures de spectroscopie de force seront réalisées pour cartographier les propriétés physiques des cellules (mécaniques, viscoélastiques) et les interactions non-spécifiques (électrostatiques, hydrophobes/hydrophiles) à deux échelles différentes, l'échelle du nanomètre et l'échelle cellulaire. Les interactions cellule-cellule seront abordées par des tentatives d'immobilisation de bactérie sur des leviers. - T3 : Les caractéristiques dynamiques (temps de relaxation) suite à une perturbation mécanique ou électrique des enveloppes bactériennes seront quantifiées par les spectroscopies de force et de relaxation diélectrique. Des développements théoriques seront associés sur la base de ceux effectués dans la tache N°1 pour estimer en particulier les phénomènes de polarisation de double couche électrique et de polarisation structurale. - T4 : La cinétique de l'adhésion bactérienne et les forces d'attachement associées seront éval