Des chercheurs manipulent la démographie de la communauté bactérienne avec une nouvelle technologie électronique
Des grappes de bactéries microscopiques existent tout autour de nous. Ces communautés invisibles, connues sous le nom de biofilms, se trouvent dans des habitats allant de la surface de notre peau aux conduites d’égout et jouent un rôle essentiel dans des environnements allant des soins de santé à l’agriculture.
Des biologistes moléculaires et des physiciens de l’Université de Californie à San Diego ont uni leurs forces pour développer une nouvelle méthode utilisant des chocs électriques pour contrôler le développement de communautés de bactéries. Leurs découvertes, obtenues grâce à une technologie nouvellement développée, sont importantes d’un point de vue médical. Dans les zones où la croissance des bactéries est préoccupante, les biofilms peuvent entraîner des infections chroniques, en particulier dans des endroits tels que les hôpitaux où la résistance aux antibiotiques est une menace majeure pour la santé.
Tout comme d’autres organismes multicellulaires, les biofilms sont composés de divers types de cellules qui remplissent des rôles spécialisés. Par exemple, les cellules productrices de matrice fournissent la « colle » structurelle qui maintient la communauté bactérienne ensemble tandis que les cellules mobiles jouent un rôle dans la formation et la propagation des biofilms. L’équilibre de ces deux types de cellules définit les propriétés physiques et biologiques du biofilm et est également important pour son développement. S’il y a trop de cellules productrices de matrice, le biofilm devient trop rigide et ne peut pas se développer efficacement. S’il y a trop de cellules mobiles, le biofilm se désintègre à mesure que les cellules s’éloignent. Ainsi, la modification du rapport de ces deux types de cellules offre une méthode précise pour contrôler les biofilms.
Comme décrit le 4 mai 2022 dans le journal Systèmes cellulairesune équipe de l’UC San Diego avec le chercheur postdoctoral Colin Comerci et des collègues chercheurs du laboratoire du professeur Gürol Süel du département de biologie moléculaire, ainsi que des collègues du département de physique, ont développé un nouveau dispositif microfluidique et l’ont combiné avec un multi- réseau d’électrodes, ce qui leur a permis d’appliquer des chocs électriques localisés à un biofilm en croissance.
À la surprise des chercheurs, la stimulation électrique a provoqué la multiplication des cellules mobiles, même si toutes les cellules du biofilm sont génétiquement identiques.
« Bien que l’on sache que les chocs électriques peuvent tuer les cellules, nous montrons ici qu’ils peuvent provoquer la croissance d’un sous-type spécifique de cellules », a déclaré Süel, professeur de sciences biologiques affilié au San Diego Center for Systems Biology, BioCircuits Institute. et Centre d’innovation en microbiome. « Comment une stimulation d’une seconde peut favoriser la croissance pendant des heures et d’un seul type de cellules est une grande énigme que nous sommes impatients de résoudre. »
« Être capable de moduler les types de cellules de cette manière n’est pas seulement important pour comprendre les biofilms », a déclaré Comerci. « Les signaux électrochimiques que nous avons utilisés sont similaires aux signaux utilisés lors du développement d’organismes plus complexes comme les grenouilles, les poissons ou même les humains. Ainsi, nos découvertes peuvent offrir des analogies avec d’autres systèmes biologiques. »
Pourquoi la stimulation électrique stimule la population d’un type de cellule plutôt qu’un autre reste un mystère et continue d’être étudié au laboratoire Süel. Une telle influence, selon les chercheurs, permet de contrôler la composition et le développement du biofilm et peut offrir un nouvel outil pour déstabiliser les biofilms dans les milieux de la santé et de l’agriculture.
La liste complète des auteurs de l’article comprend : Colin Comerci, Alan Gillman, Leticia Galera-Laporta, Edgar Gutierrez, Alex Groisman, Joseph Larkin, Jordi Garcia-Ojalvo et Gürol Süel.
Source de l’histoire :
Matériel fourni par Université de Californie – San Diego. Original écrit par Mario Aguilera. Remarque : Le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.