Biophysique de la croissance

L'étape initiale de plusieurs infections fongiques humaines ou végétales nécessite une pénétration active du tissu hôte. Par exemple, la pénétration active de l'épithélium intestinal par Candida albicans est essentielle pour la dissémination de l'intestin vers la circulation sanguine. Dans ce projet (en collaboration avec l'équipe de R. Arkowitz à l'iBV, Institut de Biologie Valrose), nous avons utilisé un réseau microfabriqué de puits en PDMS pour sonder la capacité des cellules filamenteuses de C. albicans à pénétrer et à croître de manière invasive dans des substrats de différentes rigidités. Nous montrons qu'il existe un seuil de rigidité pour la pénétration et que la croissance invasive dans un substrat rigide est caractérisée par une déformation spectaculaire des filaments, ainsi que par une diminution de la vitesse d'extension en fonction de la rigidité. Nos résultats montrent que la croissance et la morphologie des cellules sont modifiées pendant la croissance invasive, ce qui suggère que la rigidité détermine les cellules hôtes que C. albicans peut pénétrer.

En plus de la fabrication et des expériences sur la matière vivante, nous avons développé une expérience pour sonder l'effet mécanique de la pénétration d'un objet rigide dans le PDMS. Nous l'avons étudiée en utilisant deux montages différents à deux échelles différentes (millimétrique et dizaines de micromètres de diamètre pour l’indenteur).

 

• Puerner et al., BMC Biology 18(1) 122 (2020), 10.1186/s12915-020-00833-0
• N. Kukhaleishvili, thèse de doctorat (2020) : Biophysique de la croissance filamenteuse fongique et mécanique de perforation dans des élastomères.
• Actualités de l’INSB du CNRS: https://www.insb.cnrs.fr/fr/cnrsinfo/confinement-force-biophysique-de-linvasion-fongique

Bacillus subtilis est une bactérie modèle pour étudier les différentes propriétés biologiques et physiques des biofilms. Vivant principalement dans le sol, elle forme préférentiellement des biofilms aux interfaces solide/air ou liquide/air. Les biofilms de B. subtilis à l'interface solide/air forment des macro-colonies et sont traditionnellement étudiés sur des boites de gélose. Nous avons développé une expérience pour explorer la motilité collective des biofilms en contact avec des gradients externes de pression osmotique. Pour produire des gradients osmotiques stables dans des gels d'agar, nous utilisons un montage millifluidique. Les biofilms répondent au gradient externe en développant une forme asymétrique, conformément aux attentes.

 

• M. Iapichino, thèse de doctorat (2019) : Individual and collective motility in microbial systems: bacterial biofilms and fungal spore dispersal

En utilisant des techniques microfluidiques, nous sommes capables de piéger une ou quelques bactéries dans des gouttes d'eau microscopiques (dispersées dans l'huile) afin d'étudier les propriétés au niveau individuel ou de petites communautés pour un grand nombre d'échantillons en parallèle.
Il est possible de caractériser la croissance des micro-organismes dans des gouttes d'émulsion inversée, en mesurant le volume des gouttes au cours du temps, ce volume dépendant des phénomènes osmotiques.
L'objectif de cette expérience est de concevoir un montage permettant de générer des gouttelettes aqueuses en empilement compact dans une phase d'huile, et d'y encapsuler des bactéries afin d'étudier la relation entre la croissance de la population et la taille des gouttelettes. La consommation de nutriments pendant la croissance bactérienne et la production de polymères de la matrice extracellulaire ont des effets opposés sur la pression osmotique, et ces effets peuvent alors être découplés.