Une bouffée d’air frais : les bactéries confinées dans des gouttelettes forment des motifs complexes

Même dans quelque chose d’aussi simple qu’une gouttelette d’eau, la vie trouve un ordre étonnant. Des chercheurs du Institut de technologie de Californie (Caltech) et Université de Princeton ont découvert que les bactéries confinées dans de minuscules gouttelettes de liquide s’auto-organisent selon des mouvements élaborés régis par les niveaux d’oxygène qui pourraient conduire à de nouvelles stratégies de lutte contre les infections.

Quand les microbes dansent aux confins de l’oxygène

L’étude, dirigée par l’ingénieur chimiste de Caltech Sujit Datta et publié dans la revue PNASmontre comment les bactéries se comportent collectivement à l’intérieur de gouttelettes en suspension dans un liquide semblable au mucus. « Imaginez une goutte de liquide contenant des bactéries nageant uniformément, comme une petite piste de danse bactérienne », a expliqué Datta. À mesure que l’oxygène est progressivement consommé, les bactéries proches du centre deviennent dormantes tandis que celles proches du périmètre continuent de se déplacer, créant un noyau dense et inactif entouré d’une couche externe active et tourbillonnante.

Au fil du temps, ces cellules en mouvement génèrent des courants cohérents qui mélangent le noyau et réveillent même les bactéries dormantes à mesure que les niveaux d’oxygène remontent près de la surface de la gouttelette. Le résultat est un microcosme vivant qui se réorganise constamment, visible en haute résolution images de microscopie.

De la physique au contrôle des infections

À l’aide de la modélisation informatique, les chercheurs ont démontré que ces modèles bactériens peuvent être prédits – et même contrôlés – en ajustant la disponibilité de l’oxygène et la taille des gouttelettes. Ces travaux fournissent de nouvelles informations sur la façon dont les communautés microbiennes s’adaptent dans des espaces confinés tels que le muqueuse des poumons humains ou de minuscules gouttelettes dans le sol.

« Les cellules actives se déplacent vers les régions contenant plus d’oxygène près du bord d’une gouttelette », a déclaré Datta. « Ce faisant, ils peuvent modifier la façon dont l’oxygène circule, réveillant parfois des cellules endormies. »

Implications pour les traitements antimicrobiens

Au-delà de la fascination de la physique biologique, cette découverte pourrait aider les scientifiques à améliorer la manière dont les antibiotiques ciblent les infections. Dans les poumons humains, des bactéries aérobies et anaérobies coexistent, et ces dernières échappent souvent au traitement en raison de leur faible activité métabolique. « Pouvons-nous proposer des lignes directrices quantitatives pour améliorer l’efficacité des antimicrobiens ? » demanda Datta. « Nous n’avons fait qu’effleurer la pointe de l’iceberg, mais c’est un contexte dans lequel les implications de notre travail pourraient être utiles. »

L’étude, rédigée par Babak Vajdi Hokmabad et ses collègues, souligne comment les approches interdisciplinaires – mêlant biologie, chimie et physique – peuvent éclairer la chorégraphie cachée de la vie microscopique.