Une étude soutient la propulsion basée sur les forces d’adhésion plutôt que sur l’extrusion de boue

Les cyanobactéries filamenteuses se déforment sur une certaine longueur lorsqu'elles rencontrent un obstacle. C'est ce qu'a découvert le groupe de recherche de Stefan Karpitschka, chef de groupe à l'Institut Max Planck pour la dynamique et l'auto-organisation et professeur à l'Université de Constance. Les résultats, parus dans eLifeconstituent une base importante pour l’utilisation des cyanobactéries dans la biotechnologie moderne.

Les cyanobactéries sont l’une des formes de vie les plus anciennes et les plus importantes au monde ; elles jouent par exemple un rôle essentiel dans la production d’oxygène dans notre atmosphère. Certains types forment de longs filaments composés de quelques à plus de 1 000 cellules individuelles. Sous cette forme, les bactéries filamenteuses peuvent se déplacer.

Les principes de cette locomotion ont été étudiés par une équipe de recherche dirigée par Stefan Karpitschka, chef de groupe au MPI-DS et professeur à l'Université de Constance, en collaboration avec l'Université de Bayreuth et l'Université de Göttingen.

“Nous avons mesuré la force exercée pendant la locomotion sur des bactéries filamenteuses individuelles”, explique le premier auteur Maximilian Kurjahn, décrivant l'approche. “Nous avons constaté qu'ils commencent à se plier lorsqu'une force est appliquée au-dessus d'une certaine longueur, tandis que les filaments plus courts restent droits”, poursuit Kurjahn.

Pour ce faire, les chercheurs ont utilisé une puce microfluidique spéciale dans laquelle les bactéries étaient dirigées dans des canaux et finissaient par heurter un obstacle. Ce test de flexion a révélé que les fils commencent à se plier et à se déformer à une longueur d'environ 150 micromètres.

La longueur critique permet la flexibilité du système

“Il est intéressant de noter que la longueur de la plupart des cyanobactéries se situe également dans cette plage”, rapporte Karpitschka. “Cela signifie que de légers changements dans la longueur d'une population modifient son mouvement. Cela indique un point de basculement naturel avec lequel les bactéries adaptent leur comportement aux conditions extérieures.”

Les bactéries semblent se déplacer par adhésion à la surface, car elles n’ont pas de cils ou autres hélices externes, et des forces plus élevées génèrent une friction plus élevée.

Les cyanobactéries utilisent la lumière du soleil comme source d’énergie et offrent donc des applications prometteuses en biotechnologie. En tant que capteurs biosolaires, par exemple, ils peuvent être utilisés pour produire du biocarburant.

En raison de leur structure filamenteuse d’une épaisseur similaire à celle d’une fibre de carbone, ils pourraient également être utilisés dans des biomatériaux adaptatifs dont la forme peut être modifiée par la lumière. Une meilleure compréhension de leurs propriétés de mouvement contribue donc à l’utilisation technologique des cyanobactéries.