Confinement, Contraintes mécaniques, Physiologie bactérienne, Microfluidique, Escherichia coli

Les microbes prolifèrent fréquemment dans des environnements restreints, où ils sont sujets à des contraintes mécaniques auxquelles ils s'adaptent pour survivre et proliférer. Cependant, les mécanismes impliqués dans la perception de ces contraintes et leur impact sur les communautés bactériennes restent assez méconnus. Afin d'explorer cette question, nous avons mis au point des chambres microfluidiques connectées à des canaux nanométriques, de largeur 400nm. Ces chambres nous ont permis d'étudier la prolifération des bactéries sous confinement dans un environnement mécano-chimique contrôlé, représentatif des environnements rencontrés par les bactéries au cours de l'infection, tel qu'au sein des biofilms. Ce système expérimental a été utilisé pour confiner plusieurs espèces bactériennes, y compris pathogènes, avec des formes et des enveloppes variées. Pour comprendre l'impact du confinement mécanique sur la physiologie bactérienne, nous avons utilisé la bactérie modèle Escherichia coli. Nous avons montré que la prolifération des bactéries, une fois à confluence, génère des contraintes mécaniques considérables sur le microenvironnement (~300kPa). Grâce à la microscopie de haute résolution combinée à une méthode d'analyse d'image basée sur le machine-learning, nous avons montré que ces contraintes mécaniques induisent un découplage immédiat de la croissance et de la division. Ce découplage conduit à l'émergence de changements morphologiques majeurs, au cours desquels les bactéries initialement en batônnets deviennent plus petites et adoptent une forme quasi isotropique. Cette transition morphologique est initiée par une série de divisions successives sans que les bactéries ne croissent, et conduit in fine a un arrêt de la division. Ces mini bactéries sont caractérisées par une reprogrammation transcriptionnelle, qui permet leur survie, ainsi qu'une augmentation de l'encombrement cytoplasmique, tous deux étant induits par le confinement. Dans notre modèle actuel, nous proposons que la division bactérienne est rapidement déclenchée sous confinement, par l'augmentation de la concentration de FtsZ, un composant essentiel du complexe protéique responsable de la division. Cette augmentation de concentration est médiée par l'encombrement, et contourne la régulation médiée par la voie de réponse au stress à l'enveloppe. Une augmentation supplémentaire de l'encombrement finit par inhiber la division, potentiellement via un mécanisme protecteur de l'ADN qui pourrait être régulé par la protéine SlmA, antagoniste de la polymérisation de FtsZ. Au cours de ce travail de thèse, nous avons donc montré que la perception des contraintes mécaniques à la fois au niveau de l'enveloppe et au niveau du cytoplasme induit un état physiologique unique chez les bactéries, qui leur permet de s'adapter aux contraintes mécaniques, avec des conséquences importantes dans la survie bactérienne et l'issue de l'infection.