La manière dont les bactéries parviennent à nager à contre-courant n’est pas encore claire. Une équipe de recherche avec la participation de l’Université technologique de Vienne a trouvé une explication physique.

Les chercheurs voient la possibilité d’empêcher les bactéries de se déplacer

La manière dont les bactéries parviennent à nager à contre-courant n’est pas encore claire. Une équipe de recherche avec la participation de l’Université technologique de Vienne a trouvé une explication physique. Les bactéries peuvent nager à contre-courant et c’est souvent un problème grave, par exemple lorsqu’elles se propagent dans les conduites d’eau ou les cathéters médicaux. Jusqu’à présent, la manière dont ils gèrent cela n’était pas claire. Une équipe de recherche internationale à laquelle participe Andreas Zöttl, de l’université technologique de Vienne, a maintenant pu répondre à cette question : à l’aide d’expériences et de calculs mathématiques, une formule a été trouvée qui décrit tous les aspects essentiels de cet étonnant mouvement des bactéries. Cela pourrait permettre d’empêcher ou du moins de ralentir la propagation des bactéries en concevant de manière appropriée les surfaces des tubes. Les résultats ont maintenant été publiés dans la revue Nature Communications.

Entre physique et biologie

De nombreuses espèces de bactéries, telles que la bactérie E. coli, qui peut souvent devenir un danger pour la santé dans l’eau, se déplacent à l’aide de petites queues de flagelle. « On ne peut cependant pas imaginer cela de la même manière que la locomotion d’un poisson », déclare Andreas Zöttl de l’Institut de physique théorique de l’Université technologique de Vienne. « Les poissons sentent la direction du courant et peuvent choisir spécifiquement de nager dans une certaine direction. Les bactéries sont beaucoup plus simples à construire. La mobilité bactérie peut s’expliquer par des lois physiques très élémentaires ». Les bactéries s’accumulent souvent sur les surfaces qui sont débordées par des liquides. Il peut s’agir de la cabine de douche mal nettoyée, d’une conduite d’eaux usées ou même d’un tube de cathéter. « Sur de telles surfaces, le comportement des bactéries est particulièrement intéressant », explique Andreas Zöttl, « car c’est précisément là, directement sur les surfaces, que les bactéries migrent souvent à contre-courant. Ils ne sont donc pas emportés par les eaux usées mais nagent vers la rivière. Avec des collègues de l’université de Stanford, de l’université d’Oxford et de l’ESPCI à Paris, Andreas Zöttl s’est efforcé de trouver une explication physique à cet effet.

Théorie et expérience

Andreas Zöttl a travaillé avec des méthodes théorico-mathématiques : il a calculé comment une mobilité bactérie peut être alignée et mise en rotation dans un liquide en mouvement. Le flux interagit avec le mouvement des flagelles et quelles possibilités de mouvement se présentent de manière purement mathématique. « Cela a conduit au résultat remarquable qu’il existe différents types de mouvements, clairement distinguables, en fonction de la force du flux », explique Andreas Zöttl. Dans les courants lumineux, les bactéries tournent simplement en cercle et, à un certain moment, elles commencent à se déplacer dans le sens inverse du courant. Dans des courants encore plus forts, ils oscillent à la surface ou se séparent en deux groupes différents qui migrent dans des directions différentes. Une seule formule mathématique permet d’expliquer toute une série de mouvements bactériens.

La formule peut être appliquée à de nombreux types de bactéries

En même temps, des méthodes techniques ont été développées à Paris pour mesurer les mouvements d’une mobilité bactérie avec des microscopes spécialement contrôlés et ces mesures ont révélé exactement les mêmes types de mouvements clairement distinguables que les calculs théoriques avaient révélés. « Cela nous montre que notre théorie est correcte », déclare Andreas Zöttl, « ce qui est particulièrement agréable, c’est que les résultats sont très robustes : Ils ne dépendent pas de détails sensibles, de sorte que notre formule peut être appliquée à de nombreux types de bactéries ». Même les brins d’ADN qui flottent dans le cytoplasme peuvent être décrits correctement grâce à la nouvelle théorie.

L’équipe espère que la compréhension nouvellement acquise des possibilités de déplacement des bactéries leur permettra désormais de trouver des méthodes pour empêcher les bactéries de se déplacer. « À l’avenir, il pourrait être possible d’équiper les cathéters d’une structure géométrique interne spécifique qui empêche les bactéries de migrer à contre-courant », espère Andreas Zöttl.