Des chercheurs utilisent des modèles 3D pour étudier le mouvement des bactéries

Les bactéries en forme de spirale Helicobacter pylori sont courantes et gênantes.

Plus de 13% des Américains ont une infection à H. pylori, bien que les taux varient selon l’âge, la race et le statut socio-économique. Le micro-organisme utilise sa queue en forme de tire-bouchon pour avancer à travers des fluides visqueux tels que le mucus de l’estomac. Lorsqu’il atteint l’épithélium de la paroi de l’estomac, il peut tout causer, des ulcères au cancer.

Dans une nouvelle étude publiée par Lettres d’examen physiqueles chercheurs du FAMU-FSU College of Engineering ont créé un modèle 3D de cette bactérie pour mieux comprendre son mouvement, dans l’espoir de déchiffrer le code régissant la motilité de l’organisme et de développer des traitements alternatifs contre les infections, comme le renforcement de la barrière du mucus gastrique qui s’oppose à la bactérie.

« Les gens du monde entier ont traité les ulcères avec des antibiotiques parce que les antibiotiques tuent les bactéries, mais c’est une épée à double tranchant », a déclaré le co-auteur de l’étude Hadi Mohammadigoushki, professeur agrégé au Département de génie chimique et biomédical. « Si nous comprenons comment ces bactéries se déplacent, nous pouvons travailler à fournir d’autres solutions de traitement. »

Dans les expériences, l’équipe a placé un modèle de la bactérie dans un gel polymère à haute viscosité, un exemple de ce qu’on appelle un fluide à contrainte de rendement. Ces fluides se comportent comme des solides sous de petites contraintes mais s’écoulent comme des liquides au-delà d’un point de contrainte critique.

Ensuite, ils ont utilisé un champ magnétique pour faire pivoter le modèle 3D, imitant le comportement du micro-organisme. À l’aide de techniques de suivi des particules et d’imagerie, les chercheurs ont mesuré la vitesse de la bactérie et visualisé la distribution et la densité du fluide qui l’entoure.

Les chercheurs ont identifié deux seuils critiques que les bactéries doivent surmonter : le couple nécessaire pour faire tourner le modèle de nage et la force nécessaire pour propulser le modèle vers l’avant.

« Nous avons constaté que si la propulsion de la queue était trop faible, les bactéries restent coincées dans le gel », a déclaré Mohammadigoushki. « Si la force était suffisamment forte, elle pourrait pénétrer dans le gel. C’est un peu comme lorsque vous percez une vis dans un mur solide. Si votre perceuse n’est pas assez puissante et que vous ne poussez pas la vis avec suffisamment de force, elle ne ne pénètre pas dans le mur, mais avec la bonne quantité de force, il peut percer. »

Les mouvements de nage et la force qui permettent à H. pylori de se déplacer s’appliquent également aux objets plus gros, tels que les vers de terre qui s’enfouissent dans le sol, divers parasites et plus encore.

« Si nous comprenons comment les bactéries se déplacent avec succès pour attaquer notre corps, nous pouvons utiliser ces informations pour tout ce que nous pouvons imaginer », a déclaré Kourosh Shoele, professeur adjoint au Département de génie mécanique.

Shoele fait partie de l’équipe de recherche multidisciplinaire et est un expert en science informatique. Il a expliqué comment apprendre de la nature peut obtenir une meilleure réponse des systèmes mécaniques et biologiques.

« À l’avenir, nous pourrons concevoir un micro-robot capable de délivrer un médicament à un endroit particulier du corps, en termes de lutte contre la leucémie et d’autres maladies », a déclaré Shoele. « Ou peut-être pouvons-nous concevoir de minuscules robots qui utilisent le mouvement et la force de la nage, comme H. pylori, qui peuvent creuser profondément dans le sable pour explorer de l’eau ou du pétrole. Les possibilités sont infinies. »

Farshad Nazari, doctorant FSU en génie chimique et biomédical, travaille avec les deux chercheurs et est l’auteur principal de cet article.