Bonjour à tous,

Je soutiens ma thèse le mardi 8 juillet à 14h en amphi Herpin au bâtiment Esclangon, vous êtes tous les bienvenus. La soutenance se fera en français.

Voici le résumé :

Étude des suspensions denses de Pseudomonas aeruginosa

Les bactéries motiles s’auto-organisent en des phases collectives variées, comme par exemple en état nématique (à fort alignement orientationnel), ou en état de swarming. Ces phases collectives résultent de propriétés et processus à l’échelle de la cellule unique, comme le taux de croissance, la vitesse de nage et les interactions cellule-cellule. Comprendre comment ces propriétés individuelles peut provoquer l’émergence d’ordre à longue portée est un aspect essentiel des études physiques et biologiques sur les bactéries, et peut mener à une meilleure compréhension des mécanismes derrière la formation de colonies et de biofilms.

Dans cette thèse nous étudions les propriétés de suspension denses bi-dimensionnelles d’une bactérie oblongue, Pseudomonas aeruginosa. Nous obtenons des larges monocouches de bactéries dense au bord de colonies de swarming sur gel d’agar tridimensionnelles. Nous effectuons la détection des trajectoires cellulaires à partir de films haute-fréquence à l’aide de DiSTNet2D, une méthode innovante basée sur l’apprentissage profond, effectuant la segmentation et le tracking des cellules simultanément, en utilisant le contexte temporel. Nous montrons que des monocouches denses de P. aeruginosa présentent un ralentissement drastique de leur dynamique avec l’augmentation de la fraction surfacique en cellules, malgré une structure spatiale inchangée, que nous identifions comme une transition vitreuse survenant dans le système.

Nous étudions d’abord en détail l’absence d’ordre spatial dans le système en calculant des paramètres d’ordre et en observant des structures locales. Nous montrons que l’ordre du système est indépendant de la fraction surfacique. Nous étudions ensuite la dynamique du système en calculant des temps de relaxation sur la position et l’orientation des cellules, et montrons que ces temps divergent à l’approche d’une fraction surfacique critique et sont couplées linéairement l’un avec l’autre sur plus de trois décades. Nous montrons que ce ralentissement d’ensemble du système s’accompagne de fluctuations autour du comportement moyen, ce qui résulte en des hétérogénéités de déplacement entre les cellules, dont l’intensité augmente avec la fraction surfacique. En utilisant des mutants aux propriétés individuelles variées, nous montrons que les propriétés de mouvement des cellules ne jouent pas de rôle sur l’ordre spatial du système, et n’impactent pas la transition vitreuses. Nous montrons en revanche que les propriétés géométriques des cellules ont un fort impact. L’augmentation du rapport d’aspect des cellules résulte à la fois en une augmentation de l’ordre spatial et de l’encombrement du système, et en une réduction de la fraction surfacique critique à laquelle la transition vitreuse se produit.

Après nous être intéressés à des cas d’études de systèmes uniquement motiles, sans effet de la croissance, nous continuons notre analyse avec des systèmes sans motilités, où seule la croissance joue un rôle, en effectuant une étude préliminaire, sur des colonies de souche non motiles de P. aeruginosa en croissance, en exploitant le même système expérimental et méthode d’analyse. Nous montrons que la croissance des cellules dans une monocouche dense génère une pression, qui résulte en un déplacement des cellules. Lorsque la densité en cellules est suffisamment haute, la pression générée par la croissance est suffisante pour pousser les cellules hors du plan de la monocouche dans un processus appelé verticalisation. Nous concluons notre étude sur la croissance de monocouches cellulaires en observant la croissance de cellules filamenteuses non motiles dans un système d’agar-pad. Nous montrons que la rigidité du gel d’agar joue un rôle important sur la morphogenèse des microcolonies, et qu’une haute rigidité en agar induit la formation de motifs fractals aux bord des colonies.