Rôle de la régulation spatio-temporelle des activités des systèmes de motilité bactérienne dans les comportements collectifs – FLUOMOTORS

La dynamique cellulaire est cruciale pour le développement et la maintenance de systèmes multicellulaires, y compris l'embryogenèse et la régénération tissulaire. Ces processus impliquent le mouvement coordonné de cellules individuelles pour former des motifs et des structures complexes. Cependant, les mécanismes qui sous-tendent la génération et le maintien de ces motifs ne sont pas encore entièrement compris. De manière remarquable, les bactéries dans les biofilms présentent également des comportements complexes qui conduisent à la formation de motifs multicellulaires.
Dans ce cadre, Myxococcus xanthus (M. xanthus) est une bactérie sociale utilisée comme modèle pour étudier le comportement collectif et sa capacité à subir un développement multicellulaire en réponse à une carence en nutriments. Pour se déplacer sur des surfaces solides, les cellules de M. xanthus peuvent utiliser deux mécanismes de motilité génétiquement indépendants. La motilité sociale (S-) tire les cellules vers l'avant en étendant et en rétractant des pili de type IVa, tandis que la motilité aventureuse (A-) assemble un moteur multicomposant d'adhérence focale alimenté par une force motrice protonique pour propulser la cellule. Notamment, la motilité A- et S- remplissent des tâches distinctes et complémentaires: la motilité A entraîne le mouvement de cellules individuelles aux bords de la colonie (éclaireurs), tandis que la motilité S favorise le mouvement coordonné de cellules en grands groupes multicellulaires (essaims).
La régulation de la motilité chez M. xanthus implique en plus la régulation spatiotemporelle de la polarité cellulaire. Lorsque la polarité de la cellule est inversée, la cellule change de direction de mouvement. Les inversions de mouvement jouent un rôle essentiel dans la formation de motifs multicellulaires qui varient considérablement avec la disponibilité des nutriments. Pour envahir les colonies de proies, les cellules de M. xanthus commencent à se déplacer en groupes d'essaims et chassent leur proie de manière similaire à des meutes de loups. Lors de l'invasion de la proie, la dynamique de groupe collective se transforme en ondes hautement coordonnées qui balayent la zone envahie. Enfin, une fois que la proie est consommée et que les nutriments se font rares, la dynamique de groupe se concentre en centres d'agrégation qui finissent par former des corps fructifères où les cellules se différencient en spores. Cependant, au-delà de ces observations, il n'est pas clair comment chacun de ces systèmes de motilité et leur régulation contribuent au mode de vie de M. xanthus.

Nous proposons ici d'utiliser une approche intégrée couvrant la biologie moléculaire, la biologie cellulaire, la génétique, la microscopie à fluorescence avancée et la modélisation mathématique pour étudier l'activité et la régulation des différents systèmes de motilité de la bactérie Myxococcus xanthus lorsqu'elle assemble des biofilms multicellulaires pour chasser et attaquer d'autres microorganismes collectivement. Notre approche explorera les mécanismes moléculaires qui régulent le déploiement des motilités A ou S, reliera les activités de motilité et leur régulation avec les comportements individuels et collectifs, et développera des modèles mathématiques qui recréent les comportements multicellulaires et les relient aux événements moléculaires. Les résultats obtenus permettront de mieux comprendre comment la régulation moléculaire de la motilité des cellules individuelles donne lieu à des comportements de groupe menant à l’émergence de structures complexes impliquées dans le développement de biofilms.