La physique de la formation de biofilm bactérien – PHYBABIFO

Le projet combine des approches de biophysique, de microscopie et de physique des fluides. Nous utilisons notamment la microscopie holographique numérique pour suivre en trois dimensions des gouttelettes ou des bactéries, des systèmes de génération de gouttelettes contrôlées, des environnements à humidité et température contrôlées, ainsi que des outils d’analyse d’images. Ces méthodes permettent de mesurer la dynamique des gouttelettes et de relier leur évolution physique à l’organisation et à la survie des bactéries.

PHYBABIFO a permis de développer un cadre quantitatif pour étudier les débuts de la formation des biofilms comme des événements rares et dépendants de l’environnement. Le projet a aussi contribué au développement de plateformes expérimentales pour l’étude des gouttelettes et aérosols, en particulier par microscopie holographique numérique. Ces travaux ont mené à une publication dans Journal of Aerosol Science sur l’aérosolisation de la salive pendant la parole et ont fourni des bases expérimentales importantes pour la poursuite du programme sur la physique de la nucléation des biofilms.

Les perspectives ouvertes concernent l’étude directe du lien entre évaporation, agrégation bactérienne, formation de structures de type biofilm et survie dans les gouttelettes. À terme, ces travaux pourraient contribuer à mieux comprendre la persistance bactérienne, les infections associées aux biofilms et certains mécanismes de transmission dans les environnements respiratoires.

La plupart de ce que nous savons des bactéries provient de populations de cellules individuelles qui nagent librement. Pourtant, la plupart des bactéries sur terre existent en biofilms, des communautés non mobiles et physiologiquement distinctes. Les biofilms offrent une grande protection contre les agressions biologiques, chimiques et physiques. Ils sont donc responsables de nombreuses infections très résistantes aux antibiotiques et difficiles à éradiquer.

Selon le paradigme traditionnel, un biofilm commence lorsqu'une cellule mobile adhère à la surface, ce qui déclenche un changement radical du "mode de vie". Pourtant, le mécanisme de ce déclenchement mécano-chimique reste largement un mystère. En outre, les biofilms d'intérêt médical existent souvent sous d'autres formes, comme un film à l'interface liquide-air ou des agrégats en solution. Malgré leur importance médicale, la physique qui régit la génération de ces biofilms est presque inexplorée, et on ne sait pas dans quelle mesure ils ressemblent à ceux de l'interface liquide-surface. Ces mécanismes peuvent être cruciaux pour la capacité des bactéries à résister aux conditions extrêmes de l'évaporation des aérosols pendant la transmission.

Ce projet vise à découvrir les mécanismes physiques qui déclenchent l'initiation des biofilms dans différents microenvironnements. Nous utilisons une riche combinaison de techniques physiques, telles que l'holographie, la microscopie à feuillets lumineux, la rhéologie, les pinces optiques et un piège à aérosol électrodynamique, pour caractériser quantitativement les événements précédant et suivant la nucléation du biofilm. Nous allons au-delà du paradigme traditionnel pour explorer la nucléation des biofilms à l'interface liquide-solide, en suspension liquide, à l'interface liquide-air et dans les aérosols. Une compréhension approfondie de la physique de la formation des biofilms modifiera notre conception de la transmission des agents pathogènes et de l'infection.