Chimiotaxie chez E. Coli et D. Discoideum : experiences et modélisation

Chemotaxis in E. Coli and D. Discoideum : experiments and modeling

• Auteur / Autrice : Guillaume Voisinne
• Direction : Massimo Vergassola
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Paris 6

Mots clés

Mots clés contrôlés

Propriétés mécaniques

Dictyostelium discoideum

Escherichia coli

Chimiotaxie

Résumé

La chimiotaxie désigne le mouvement actif et dirigé de micro-organismes en réponse à des stimuli extérieurs. Chez E. Coli, le comportement chimiotactique repose sur sa faculté à biaiser sa marche aléatoire résultant de l’alternance entre une phase de nage quasi-rectiligne (run) et une phase de réorientation abrupte (tumble). Nous quantifions la réponse chimiotactique de E. Coli directement à partir du biais instantané et l’explicitons en fonction des différents paramètres de la voie de signalisation. Nous inférons cette réponse à partir de trajectoires individuelles et des détections effectuées par E. Coli au cours de son mouvement. Cette méthode non invasive fournit des estimations précises de paramètres clés de la voie de signalisation chimiotactique. Ce type de méthode d’inférence est d’un intérêt général pour l’étude de processus stochastiques. Nous appliquons cette méthode à l’étude du mouvement diffusif de protéines membranaires évoluant au sein de microdomaines et montrons qu’elle fournit une estimation optimale, au sens de la théorie de l’information, de la diffusivité ainsi qu’une estimation des forces effectives responsables du confinement en microdomaines. L’amibe Dictyostelium discoideum (Dicty) possède la faculté de détecter la direction de gradients extérieurs d'AMPc (« directional sensing »). En accord avec des observations expérimentales récentes, nous introduisons un modèle minimal faisant intervenir un inhibiteur local possédant une dynamique de relaxation lente. Nous présentons des expériences permettant de tester plus spécifiquement la dynamique spatio-temporelle de cette réponse et les interprétons à l'aide du modèle introduit

Chemotaxis designates the active and directed movement of microorganisms in response to external cues in their environment. E. Coli performs chemotaxis by biasing its random walk, an alternation of smooth swimming phases (runs) and abrupt changes of direction (tumbles). We quantify the chemotactic response directly from the instantaneous bias and explicit this response in terms of the different parameters of the signaling pathway. Using individual trajectories and detections of chemicals, we infer the chemotactic response. This non invasive inference method provides sharp estimates of key parameters of the signaling pathway. This inference scheme is of general interest for the study of stochastic processes. We use an analog scheme to study the diffusive motion of biomolecules evolving in cell membrane microdomains and show that it offers optimal estimates of the diffusivity according to general Information Theory concepts along with estimations of the effective forces responsible for the confinement in microdomains. The amoeba Dictyostelium discoideum (Dicty) is able to detect the direction of external cAMP gradients (« directional sensing »). In line with recent experimental data, we introduce a minimal model with a slowly relaxing local inhibitor. This model reproduces adaptation, directional sensing, and amplification of the response. We present experiments allowing to test more specifically the spatio-temporal dynamics of the response. Our experimental results are interpreted using our minimal model