L’équipe Inserm dirigée par Guillaume Duménil à l’Institut Pasteur décrypte, en collaboration avec plusieurs équipes de physiciens, une étape clé de l’infection causée par le méningocoque, un pathogène humain responsable de méningites chez les nourrissons et les jeunes adultes. Des agrégats de bactéries, dans les vaisseaux sanguins, favoriseraient la progression de la maladie. Malgré une prise en charge rapide, le taux de mortalité dû à ces infections reste très important.
L’infection humaine, la méningite à méningocoque, se caractérise par l’accumulation de bactéries à l’intérieur des vaisseaux sanguins qui se trouvent entièrement remplis de bactéries bien que, ni les mécanismes de formation, ni l’impact de ce processus ne soient connus. Intrigués par la formation de ces agrégats intravasculaire, le consortium de scientifiques s’est attelé à comprendre cette étape de l’infection, tout particulièrement sa base physique. Il ressort de cette étude que « les agrégats bactériens formés par le méningocoque se comportent de façon inattendue comme un liquide visqueux, avec une viscosité identique à celle du miel, explique Guillaume Duménil, responsable de l’unité de Pathogénèse des infections vasculaires. Les bactéries se multiplient rapidement dans les vaisseaux sous forme d’agrégats qui s’adaptent ainsi progressivement à la géométrie complexe du réseau vasculaire, comme un liquide qui s’écoule. » L’étude montre que la formation de ces agrégats et leurs propriétés visqueuses sont essentielles pour la progression de l’infection. En effet, un mutant bactérien qui forme des agrégats solides et non visqueux présente un défaut très marqué de colonisation des vaisseaux sanguins.
Un liquide visqueux aux propriétés originales
Les propriétés de liquide visqueux des agrégats dépendent d’un facteur de virulence appelé pilus de type IV. Il s’agit de long filaments adhésifs et dynamiques qui s’allongent et se rétractent en permanence à la surface de la bactérie. Ces filaments permettent aux bactéries de se trouver, de se rapprocher et d’entrer en contact de façon réversible. L’agrégation est donc basée sur un processus intermittent d’attraction entre les bactéries, c’est-à-dire qu’il y a une alternance entre attraction et absence d’attraction. Sur le plan physique, ce processus d’interaction intermittent confère à ces agrégats des propriétés originales jusque-là non décrites. Par exemple, les bactéries à l’intérieur des agrégats exhibent une motilité plus élevée que celle observée par la diffusion des bactéries isolées. « Au-delà de proposer une meilleure compréhension d’une infection humaine létale, cette étude dévoile un nouveau type de matière active – cet agrégat bactérien visqueux comme du miel – basée sur la présence des forces attractives intermittentes entre ses éléments constituants », conclut Guillaume Duménil.
Cette étude pluridisciplinaire a pu être réalisée grâce à une étroite collaboration entre un laboratoire spécialisé dans les infections causées par le méningocoque (Guillaume Duménil, Institut Pasteur et Inserm) et des physiciens. La collaboration avec les équipes de Nelly Henry (CNRS, UPMC), Raphael Voituriez (CNRS, UPMC) et Hugues Chaté (CEA, CNRS, université Paris-Saclay) a permis de coupler une approche expérimentale quantitative avec un modèle physique de matière active.
Source
Intermittent Pili-Mediated Forces Fluidize Neisseria meningitidis Aggregates Promoting Vascular Colonization, Cell, 15 mai 2018.
Daria Bonazzi1,8, Valentina Lo Schiavo1,8, Silke Machata1, Ilyas Djafer-Cherif2, Pierre Nivoit1, Valeria Manriquez1, Hirokazu Tanimoto3, Julien Husson4, Nelly Henry5, Hugues Chaté2,6,7, Raphael Voituriez5,7, Guillaume Duménil1,9.
1. Pathogenesis of Vascular Infections Unit, INSERM, Institut Pasteur, 75015 Paris, France
2. Service de Physique de l’Etat Condensé, CEA, CNRS, Université Paris-Saclay, 91191 Gif-sur-Yvette, France
3. Institut Jacques Monod, 75013 Paris, France
4. Laboratoire d’Hydrodynamique (LadHyX), Department of Mechanics, Ecole Polytechnique-CNRS UMR7646, 91128 Palaiseau, France
5. Laboratoire Jean Perrin, CNRS UMR 3231, Université Pierre et Marie Curie, 75005 Paris, France
6. Computational Science Research Center, Beijing 100193, China
7. Laboratoire de Physique Théorique de la Matière Condensée, CNRS, Université Pierre et Marie Curie, 75005 Paris, France
