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Dessiner sur un gel avec des colonies de levure

La croissance de colonies de bactéries et de levures sur des substrats solides, bien qu’utilisée couramment au laboratoire comme mode de culture de ces micro-organismes, reste un processus complexe et mal compris. Des chercheurs du Laboratoire matière et systèmes complexes (CNRS/Université Paris Diderot) ont développé un dispositif expérimental permettant de forcer des colonies de levure à croître sur un gel en adoptant la forme d’un cylindre de diamètre quasi constant, qui s’élève verticalement avec le temps. Ils sont ainsi capables de contrôler finement la forme prise par les colonies de levure. Ces travaux, publiés dans Biophysical Journal, pourraient notamment permettre de mieux comprendre la formation des biofilms.

Deux modes de culture permettent d’obtenir des populations de bactéries ou de levure : la culture sur substrat solide et le mode « classique », en milieu liquide homogène. Dans ce dernier, la croissance de la population est directement reliée au taux moyen de division des cellules la composant, et l’on peut donc facilement prévoir sa croissance. En revanche, la culture sur des substrats solides donne lieu à une grande variabilité de formes. L’explication de ce phénomène ? Les cellules absorbent des nutriments présents dans l’environnement et y rejettent des métabolites, influençant le comportement de leurs voisines : les cellules au cœur de la colonie sont ainsi souvent privées de ressources, tandis que les cellules situées en périphérie peuvent se nourrir facilement. Ce phénomène d’auto-organisation se retrouve également dans la formation des biofilms, tapis de bactéries que l’on retrouve à la surface des coques de bateaux, des tuyaux d’évacuation ou des prothèses médicales. L’auto-organisation de ces structures est complexe à décrire puisqu’elle dépend à la fois de la géométrie de la colonie, de son expansion et également des propriétés métaboliques et génétiques des cellules qui constituent la population.

Les chercheurs du Laboratoire matière et systèmes complexes (CNRS/Université Paris Diderot) ont mis au point un dispositif expérimental pour cultiver la levure Saccharomyces cerevisiae sur un substrat solide, un gel d’agar, en contrôlant directement l'accès de la colonie aux nutriments présents dans le gel. Pour y parvenir, ils ont imperméabilisé localement une membrane de filtration en y appliquant une fine couche de polymère hydrophobe. Sur ces membranes, la levure colonise le motif de porosité avec une croissance verticale prononcée. Ils ont ainsi pu forcer des colonies de levures à adopter la forme d’un cylindre de diamètre quasi constant et s’élevant verticalement avec le temps. Cette géométrie cylindrique est idéale pour développer des modèles physiques : son taux de croissance total est mesuré par la variation de sa hauteur, facilement mesurable. Les chercheurs ont montré que pour ces colonies cylindriques, le rendement métabolique, c’est-à-dire la quantité de colonies ou de cellules par unité de glucose, est le paramètre dominant de la croissance.

L'utilisation de ce nouveau dispositif, avec des motifs variés, ouvre de nouvelles voies de recherche pour étudier des problèmes d'écologie où l’expansion spatiale est prise en compte lors de l’interaction entre différente sortes de bactéries ou de levures. Cette approche semble également pertinente pour étudier l’auto-organisation d’assemblées de bactéries en lien avec la formation de biofilms.

Pour en savoir plus : site web de l’équipe de recherche : http://lab513.fr/labr/

© C.Vulin/CNRS

© C.Vulin/CNRS
Croissance cylindrique d'une colonie de levure sur une membrane comportant un disque perméable de 1,5 mm de diamètre. La membrane est posée sur un gel d'agar comprenant des nutriments pour assurer la croissance de cellules de levure. La colonie pousse verticalement et adopte petit à petit la forme d'un cylindre. La croissance verticale est stationnaire sur plusieurs dizaines de jours. Ici, le cylindre de levure a un diamètre de l'ordre de 1,5 mm pour une hauteur de l'ordre de 5mm.

© C.Vulin/CNRS

© C.Vulin/CNRS
Le dispositif expérimental mis au point par les chercheurs du MSC permet de réaliser toutes sortes de motifs avec les colonies de levure !

Références :
Growing Yeast into Cylindrical Colonies
Clément Vulin,Jean-Marc Di Meglio, Ariel B. Lindner, Adrian Daerr, Andrew Murray, and Pascal Hersen
Biophysical Journal, 20 mai 2014

Contacts chercheurs :
Clément Vulin, clement.vulin@univ-paris-diderot.fr, 01 57 27 62 70
Pascal Hersen; pascal.hersen@univ-paris-diderot.fr, 01 57 27 62 16
Laboratoire matière et systèmes complexes (CNRS/Université Paris Diderot-Paris 7)
Site web de l’équipe de recherche : http://lab513.fr/labr/

Contact communication INSIS :
Muriel Ilous
muriel.ilous@cnrs-dir.fr