Mécanique de croissance d'une micro-colonie bactérienne

Growth mechanics of a bacterial microcolony

• Auteur / Autrice : Marie-Cécilia Duvernoy
• Direction : Catherine Quilliet, Nicolas Desprat, Sigolène Lecuyer
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique pour les sciences du vivant
• Date : Soutenance le 04/11/2015
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique (Grenoble ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Interdisciplinaire de Physique (Grenoble) - Laboratoire de physique statistique de l'École normale supérieure (Paris)
• Jury : Président / Présidente : Johannes Geiselmann
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Catherine Quilliet, Jean-Paul Rieu, Zemer Gitai, Axel Buguin, Gurol Suel
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Nelly Henry

Mots clés

Mots clés contrôlés

Mécanique

Biophysique

Bactéries -- Adhésivité

Microorganismes -- Adhésivité

Biofilms

Bactéries

Mots clés libres

Bactérie

Colonie

Biofilm

Adhésion

Ablation

Force de traction

Bacteria

Colony

Biofilm

Adhesion

Ablation

Traction force

Résumé

Ce travail nous a permis de proposer un cadre pour sonder la morphogenèse d'une micro-colonie bidimensionnelle. Plus particulièrement, nous avons exploré la manière dont les effets individuels de croissance et d'adhésion se combinaient au cours de la croissance de la micro-colonie. Nous avons montré (i) que l'adhésion de cellules isolées est asymétrique du fait d'un vieux pôle plus ancré et (ii) que l'allongement des bactéries peut induire des forces de poussée à l'intérieur des colonies. Dans la mesure où ces deux effets, combinés à l'échelle d'une micro-colonie, sont susceptibles de générer des contraintes mécaniques, nous avons développé une technique pour mesurer les forces d'adhésion résultantes à l'aide de substrats déformables. Nous avons ainsi démontré que des adhésions focales sont créées et rompues dynamiquement, avec un biais au vieux pôle des cellules. Nous avons aussi examiné le rôle de l'adhésion sur la forme des colonies. Nous avons montré que l'adhésion polaire était responsable de la transition d'un régime de croissance linéaire à un régime bidimensionnel qui est observée après la première division. Pour des colonies de taille plus importante, le niveau d'adhésion était aussi corrélé avec la forme globale des colonies. Enfin, l'adhésion est aussi impliquée dans la transition d'une colonie bidimensionnelle à une colonie tridimensionnelle. L'ensemble de ces résultats suggère que l'expression des adhésines ainsi que leur localisation à la surface des cellules pourraient permettre aux bactéries de moduler activement la forme du groupe dans lequel elles vivent.

In this work, we propose a framework to understand the morphogenesis of two-dimensional microcolonies. In particular, we have explored how growth and adhesion of individual cells compete during microcolony extension. We have shown (i) that isolated cells display an asymmetry in their adhesion, which is higher at the old pole, (ii) that bacterial elongation can result in pushing forces inside the colony. Since the combination of these two effects is expected to produce mechanical stress at the scale of the microcolony, we have developed a method to measure the resulting adhesion forces using deformable substrates. We have demonstrated that focal adhesions are dynamically established and ruptured, with a bias towards the old poles. We have also probed the role of adhesion in the shape of the colony. We have shown that polar adhesion drives the transition from a linear to a two-dimensional growth after the first division. At larger colony sizes, the level of adhesion continues to correlate with the global shape of the colony. Finally, adhesion is involved in the transition from a two-dimensional to a three-dimensional colony. Taken together, our results suggest that the expression of adhesins and their location at the surface of the cells could be levers by which bacteria actively modulate the shape of the group in which they reside.