La modélisation de la croissance bactérienne

Certaines bactéries se développent et vivent très proches les unes des autres en donnant naissance à des colonies de forme géométrique complexe. Ce faisant, les bactéries sentent et répondent à cet environnement local en sécrétant des phéromones ou d'autres molécules chimio-attractives. Nos connaissances de la dynamique de ces colonies et les phénomènes qui influencent leur comportement bactérien au niveau macroscopique restent très limitées.

En utilisant une méthode mathématique de modélisation, les chercheurs du projet BACTERIAL COLONY SIM («Multiscale modeling and simulation of bacterial colonies»), financé par l'UE, ont tenté de simuler et d'expliquer le comportement bactérien de ces colonies. Ces travaux sont axés sur des bactéries d'un type particulier appartenant à la classe Bacillus et plus spécifiquement à la famille des Paenibacillus. L'objectif principal des chercheurs consistait à comprendre comment ces bactéries sont capables de coopérer et de réguler la dynamique de croissance des millions de membres de la colonie.

Les chercheurs ont divisé la croissance bactérienne en trois étapes, à savoir le stade unicellulaire, celui du comportement intermédiaire de type essaim et enfin l'étape de la colonie macroscopique. Les essaims contiennent quelques milliers de cellules bactériennes et sont considérés comme étant l'unité organisationnelle de base de la croissance bactérienne.

Pour comprendre leur comportement collectif, le consortium a développé des algorithmes pour analyser le comportement de l'essaim bactérien. Les chercheurs ont découvert un mouvement hautement synchronisé de l'essaim en réponse aux nutriments, à la production de déchets, à la mesure de l'environnement et à certains signaux intercellulaires. Ces réponses aux différentes conditions externes jouent un rôle essentiel dans la dynamique de l'essaim, lui permettant de se déplacer rapidement sur les différentes surfaces qu'il rencontre. Les chercheurs se sont particulièrement intéressés au fonctionnement de l'essaim bactérien soumis à des concentrations élevées d'antibiotiques.

Au total, la méthode de modélisation des chercheurs du projet BACTERIAL COLONY SIM a permis de caractériser les modèles et déterminants de la croissance bactérienne. Les informations ainsi générées devraient permettre le développement de nouvelles stratégies antibactériennes pour empêcher la formation des essaims.