Contexte : 

Le potentiel membranaire des cellules vivantes est un élément-clef des échanges et de la communication entre cellules. Il est primordial dans des cellules excitables comme les neurones ou les cellules contractiles. Cependant, ce n’est que récemment que son rôle a été étudié chez les bactéries (voir la revue de Benarroch and Asally, 2020). Il est impliqué dans la division cellulaire, le mouvement des bactéries, la résistance aux antibiotiques et peut-être aussi dans la communication des bactéries entre elles. Sur bactéries isolées, des variations spontanées de potentiel ont été observées (Kralj et al., 2011), mais ce phénomène n’est pas encore bien compris. Au laboratoire, nous avons montré que ces oscillations étaient liées à l’état physiologique de la bactérie, et du stress éventuel qu’elle était en train de subir.

Les bactéries existent dans la nature principalement sous forme de biofilms ou de micro-colonies. A l’intérieur de ces édifices, elles peuvent acquérir de nouvelles propriétés. En particulier, il a été montré que des vagues de dépolarisation pouvaient apparaître au sein d’un biofilm qui impliquent des canaux potassiques (Prindle et al., 2015). Plus récemment, chez des colonies de Neisseria gonorrhoeae, une vague d’hyperpolarisation a été observée partant du centre de la colonie, et se propageant jusqu’à ses bords (Hennes et al., 2023). Ces observations suggèrent donc l’existence de phénomènes coopératifs qui impliquent le potentiel membranaire. 

Sujet du stage : nous souhaitons mieux comprendre la dynamique du potentiel membranaire dans les colonies bactériennes, et en particulier comment leur environnement physique peut l’influencer. Pour cela, nous utiliserons la bactérie Neisseria gonorrhoeae. Les micro-colonies seront formées dans un gel d’agar plus ou moins concentré, de façon à contrôler les contraintes physiques et la rigidité du milieu. L’ajout de sondes fluorescentes nernstiennes (ThT, TMRM) permettra de suivre les variations de potentiel à travers la colonie.  Nous pourrons ainsi relier un paramètre physiologique représentatif de la colonie avec les paramètres physiques/mécaniques de son environnement. Des mutants de pili, les structures impliquées dans la transmission des forces mécaniques au sein des colonies, seront aussi utilisés. 

Ce travail comprendra des expériences de microbiologie pour la culture des bactéries, de la microscopie de fluorescence pour le suivi du potentiel membranaire, et de l’analyse d’images. Il s’adresse donc à un ou une candidat(e) d’un Master 2 à l'interface de la physique ou de la physico-chimie et de la biologie. Toutefois, une forte motivation pour l’interdisciplinarité sera également considérée favorablement pour un candidat sans double formation.

Le stage est appelé à se poursuivre par une thèse.

Contact : frederic.joubert@sorbonne-universite.fr

Bibliographie :

Kralj et al., Science, Vol 333, 2011

Prindle et al., Nature, Vol 527, 2015

Benarroch and Asally, Trends in Microbiology, Vol 28(4), 2020

Hennes et al., Plos Biology, Vol 21(1), 2023