Navigation des bactéries magnétotactiques en milieu complexe – manaconv

Les bactéries magnétotactiques s'aident de champs magnétiques pour d’orienter à l'aide d'un organite dédié : les magnétosomes. Une fois organiser en chaîne, ils agissent comme une aiguille de boussole intracellulaire. De cette façon, leur nage, propulsée par leurs flagelles, est guidée par le champ magnétique, et les bactéries peuvent être considérées comme des aiguilles de boussole autopropulsées. Les bactéries magnétotactiques vivent souvent dans les sédiments des milieux aquatiques et nagent ainsi dans un milieu caractérisé par des pores et des obstacles. Dans ce projet, nous utiliserons des approches théoriques et expérimentales afin de caractériser quantitativement la motilité magnétotactique dans des environnements complexes. Nous étudierons comment la motilité directionnelle est obtenue dans un tel environnement et comment ces bactéries balance entre un contrôle robuste du mouvement directionnel et une certaine flexibilité directionnelle afin de naviguer à travers un tel milieu.

Dans un premier temps, nous piégerons des bactéries individuellement dans un confinement circulaire en utilisant une approche de piégeage microfluidique et suivrons leur mouvement dans le but d’étudier leur interactions avec les murs de confinement. Sur la base de ces observations, nous utiliserons des simulations pour faire des prédictions sur le comportement cellulaire dans d'autres géométries de confinement et en présence de champs magnétiques de différentes intensités et orientations. Nous caractériserons également différentes souches de bactéries magnétotactiques ayant différentes organisations cellulaires (chaïne de magnétosomes, flagelles) et différents comportements magnétotactiques. Ainsi, nous obtiendrons des informations sur les différentes stratégies de gestion du confinement et des obstacles pouvant entraver le mouvement. Nous allons itérer les expériences et la modélisation pour avoir une correspondance quantitative des résultats expérimentaux et des simulations afin d’obtenir un modèle théorique entièrement prédictif.

Enfin, nous réaliserons des canaux microfluidiques avec des obstacles imitant le sédiment dans lequel vie les bactéries et étudierons la nage des bactéries magnétotactiques à travers ces canaux. Nous émettons l'hypothèse que des champs magnétiques faibles amélioreront le mouvement à travers le canal en fournissant une directionnalité, tandis que des champs puissants entraîneront le piégeage par les obstacles et entraveront le mouvement. Nous testerons cette hypothèse, à la fois expérimentalement et par simulations. En utilisant les simulations, nous étudierons l'interaction du guidage magnétique, les interactions avec les obstacles, les fluctuations et les changements d'orientation actifs dans de tels environnements et concevrons des canaux dans lesquels une série d'obstacles ayant résulté dans des processus originaux seront ensuite testés expérimentalement. Nous visons à déduire et tester des stratégies de navigation dans des environnements complexes et des contraintes de conception correspondantes sur l'appareil magnétotactique en comparant à nouveau différentes espèces bactériennes ainsi qu'en analysant l'hétérogénéité des populations.

La combinaison de nos approches expérimentales et de la description théorique mènera à une image quantitative et complète de la motilité magnétotactique dans des environnements complexes. Plus généralement, elle nous éclairera sur la façon dont le contrôle directionnel de la motilité peut être équilibré avec la flexibilité directionnelle pour naviguer dans des environnements complexes à la fois pour les micro-organismes mais aussi pour les microrobots.