Vers un modèle réaliste pour la croissance de biofilms
Vers un modèle réaliste pour la croissance de biofilms
Vers un modèle réaliste pour la croissance de biofilms
Illustration du processus de modélisation. En bas à gauche : image de microscopie d’une colonie de bactéries E. coli. En haut au centre : représentation schématique des composants du modèle 2D comprenant une bactérie modélisée par un ensemble de sphères connectées par des ressorts linéaires (en vert) et angulaires (en jaune), les sphères des pôles créant des ressorts d’adhésion au substrat (en rouge). Les bactéries évoluent dans un milieu visqueux, croissent par ajout de sphères, se divisent et repoussent leurs voisines proches. En bas à droite : visualisation d’une simulation numérique du modèle à un temps donné. La comparaison modèle-données est effectuée à l’aide de quantifieurs morphologiques de la colonie (forme, densité, élongation) et des bactéries individuelles (distribution en taille, déformation).
Questions et outils mathématiques
Pour modéliser la croissance et le déplacement des bactéries au sein des colonies, les chercheurs du projet utilisent un modèle mathématique dit « agent-centré », qui met la forme des bactéries au coeur de la modélisation. Chaque bactérie est représentée par une chaîne de sphères reliées par des ressorts linéaires et angulaires, lui permettant de se courber en réponse à ses interactions mécaniques avec ses voisines.
Ce modèle intègre également des processus comme le non-recouvrement des bactéries, la croissance et la division cellulaire, ou encore l’adhésion avec le substrat. Le modèle complet consiste en un système d’équations différentielles qui peut être simulé numériquement pour étudier la croissance des colonies bactériennes.
Premiers résultats et perspectives
Plusieurs simulations numériques ont été réalisées en explorant un large éventail de paramètres pour mieux comprendre les mécanismes influençant les déformations locales du squelette des bactéries. Ces simulations ont confirmé l’hypothèse de départ : la courbure des bactéries favorise effectivement une plus grande compacité et densité au sein des colonies.
La prochaine étape consiste à comparer ces résultats numériques avec des images microscopiques de colonies bactériennes obtenues en laboratoire, afin d’identifier quels paramètres du modèle permettent de reproduire au mieux la réalité.
Ce projet interdisciplinaire a permis le financement du post-doctorat d’Hiroshi Horii, au sein du Laboratoire Jacques-Louis Lions (LJLL) de Sorbonne Université.
