INCLINEZ LA BOÎTE, LES BACTÉRIES DÉVALENT LA PENTE

L’essaimage est une façon de voyager à plusieurs propre à certaines bactéries : des foules denses de cellules mobiles s’étalent sur une surface molle et humide, dans une fine couche de liquide, en formant des amas, des tourbillons et des écoulements collectifs. Au laboratoire, les essaims dessinent des cercles, des formes ramifiées ou des vrilles.

Leur environnement physique compte — la quantité d’eau fournie par le gel, la tension de surface du film liquide. Mais un facteur a été largement ignoré, note l’article : la gravité. Les expériences classiques utilisent des boîtes horizontales, où la gravité n’est qu’un décor fixe et neutre. Une étude ancienne, citée par les auteurs, avait montré que la direction de la gravité modifiait la forme de colonies de staphylocoques cultivées dans un gel mou.

Huit angles, du plat au retourné

Pengxi Gu, Zijie Qu et leurs collègues du Global College de l’université Jiao Tong de Shanghai, avec des coauteurs de Georgia Tech, de l’université Johns Hopkins et de l’université Fudan, ont travaillé avec Enterobacter sp. SM3, une bactérie essaimante isolée à l’origine de l’intestin de souris — un milieu où les surfaces sont courbes et rarement horizontales. Sur une boîte à plat, SM3 forme une colonie presque ronde, une référence nette.

Ils ont déposé une goutte de bactéries au centre de boîtes de gel mou, laissé l’essaim démarrer trois heures à plat, puis placé les boîtes selon huit orientations : à plat (0°), inclinées face vers le haut à 30°, 45° et 75°, inclinées face vers le bas à 105°, 135° et 150°, et retournées à plat (180°). Ils ont photographié les colonies toutes les heures jusqu’à neuf heures — 15 colonies indépendantes par angle — et filmé au microscope les cellules en mouvement en cinq points du bord de chaque colonie.

Les angles moyens l’emportent

Les écarts se sont creusés au fil du temps. À la fin, la croissance de l’essaim dépendait de l’inclinaison de façon non monotone : les colonies grandissaient le plus aux inclinaisons intermédiaires, avec les plus grandes à 75° et 45°, et le moins sur les boîtes presque ou complètement retournées (150° et 180°). Les boîtes à peine inclinées, à 30°, grandissaient un peu moins que les boîtes à plat.

Le côté tourné vers le haut comptait aussi. Les paires de boîtes de même inclinaison, l’une face vers le haut et l’autre face vers le bas — 30° et 150°, 45° et 135°, 75° et 105° — donnaient des résultats différents : la configuration face vers le haut tendait à produire de plus grandes colonies dans chaque paire.

Des formes tirées vers le bas

Les colonies à plat restaient presque circulaires. Les colonies inclinées devenaient dissymétriques, étirées du côté aval :

Une mesure de l’asymétrie de forme restait autour de 0,1 à plat et atteignait 0,90 à 75°.
Le côté aval s’étendait environ 1,46 à 1,52 fois plus loin que le côté amont entre 75° et 135°.
Certaines colonies se faisaient une queue de comète : à 75°, la pointe aval avançait environ 2,2 fois plus vite que les deux flancs voisins.

Au microscope, le tableau est plus subtil. Les cellules bougeaient en général plus lentement sur les boîtes inclinées qu’à plat, et plus lentement à la pointe aval qu’en haut de la colonie. Les tourbillons de la pointe étaient un peu plus petits et plus nombreux. Le front qui avançait le plus vite était donc celui où les cellules bougeaient le plus lentement — signe, écrivent les auteurs, que la vitesse locale des cellules ne suffit pas à expliquer la progression du bord.

Un film d’eau tiré dans deux directions

Pour interpréter ces tendances, l’équipe a étendu un modèle existant qui décrit l’essaim comme un mince film à deux couches, cellules et eau, en y ajoutant une gravité décomposée en deux parties. La partie le long de la surface pousse le film vers le bas. La partie à travers la surface change la pression dans le film, et donc la vitesse à laquelle l’eau du gel sous-jacent s’y infiltre.

Le modèle, qui n’a pas été ajusté aux tailles ni aux durées réelles des expériences, reproduit les grandes tendances, y compris le meilleur angle, 75°. En coupant une partie à la fois, les rôles se clarifient : la gravité le long de la surface produit l’étirement vers l’aval, tandis que la gravité à travers la surface est nécessaire pour distinguer les boîtes face vers le haut des boîtes face vers le bas.

Un bord accroché qui se libère ?

L’étude porte sur une seule souche, en conditions de laboratoire, et le modèle reste une description simplifiée. Les auteurs suggèrent qu’à la pointe aval, liquide et cellules s’accumulent derrière un bord accroché jusqu’à ce qu’il se libère brusquement, encore et encore, ce qui casserait aussi les grands tourbillons — mais ils présentent ce mécanisme comme une hypothèse, à tester par des mesures synchronisées du front et de l’écoulement. Leur message général est plus simple : dans les expériences d’essaimage, l’orientation de la surface n’est pas un détail neutre.