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Comment les biofilms se rident-ils ?

25 février 2013

LPS - UMR 8502 , flambage , bactérie , film

Les rides que forment les biofilms, des colonies macroscopiques de bactéries, sont dues à la présence d’une glue élastique qui lie les cellules les unes aux autres ainsi qu’aux contraintes mécaniques apparaissant à l’intérieur du film.

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Les biofilms se développent sur toutes les surfaces, solides ou liquides. Certaines bactéries forment des films d’architecture complexe pouvant être ridés. Pour comprendre l’origine de ces rides, une équipe composée de physiciens du Laboratoire de Physique des Solides - LPS (CNRS / Univ. Paris-Sud) et d’un biologiste de l’Institut de Génétique et Microbiologie - IGM (CNRS / Univ. Paris-Sud) a étudié la croissance, la morphologie et les caractéristiques mécaniques d’une pellicule bactérienne présentant de telles rides : des Bacillus subtilis flottant sur un liquide. En mesurant l’élasticité de ce film, les chercheurs ont montré que les rides sont dues à une instabilité mécanique de type flambage, analogue à ce que l’on observe dans des films élastiques sous contrainte mécanique. Ils ont pointé le rôle essentiel de l’élasticité de la glue qui lie les cellules entre elles en comparant la croissance de la souche « normale » et d’une souche mutante de la même bactérie qui ne produit pas de glue. Ce travail fait l’objet d’une publication dans les Proceedings of the National Academy of Science.

Placée à la surface d’un substrat liquide nutritif, la bactérie Bacillus subtilis se développe et couvre au bout de quelques dizaines d’heures une surface de plusieurs centimètres carrés. Tant qu’il ne rencontre pas de bord, ce film reste plat. En revanche, une fois que l’étalement est stoppé par les parois du récipient, des rides apparaissent. Si l’on reproduit l’expérience avec une souche mutante de la même bactérie, qui ne produit pas la glue extracellulaire collant les cellules entre elles, le film ne se ride jamais. C’est l’élasticité de cette glue qui permet aux bactéries de former un « tissu » élastique susceptible de se déformer. Pour en savoir plus, les physiciens ont développé un instrument spécifique pour mesurer l’élasticité du film formé. Ces mesures, combinées à une analyse théorique, montrent que le film formé est assez fin pour réduire fortement la valeur de la contrainte critique de flambage, et qu’il se développe suffisamment pour que la contrainte résiduelle générée à l’intérieur du biofilm par la croissance atteigne cette valeur critique.

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Vue du dessus de la structure d’une pellicule formée par une souche sauvage de Bacillus subtilis.

En savoir plus

Elasticity and wrinkled morphology of Bacillus subtilis pellicles, M. Trejo1, C. Douarche1, V. Bailleux1, C. Poulard1, S. Mariot1, C. Regeard2, et E. Raspaud1, Proceedings of the National Academy of Science (2013)

Contact chercheur

Eric Raspaud, chargé de recherche, CNRS

Informations complémentaires

1 Laboratoire de Physique des Solides (LPS)

2 Institut de Génétique et Microbiologie (IGM)

Contacts INP

Jean-Michel Courty,
Catherine Dematteis,
Simon Jumel,
inp-communication cnrs-dir.fr