Multi-scale analysis of multicellular transitions in the predatory bacterium Myxococcus xanthus

Analyses multi-échelles des transitions multicellulaires chez la bactérie prédatrice Myxococcus xanthus Les bactéries ont la capacité remarquable de se déplacer collectivement en groupes, exhibant des comportements sociaux qui conduisent à la formation de colonies massives composées de milliards de cellules. Malgré ces observations fascinantes, les mécanismes sous-jacents à la coordination et à l'expansion de telles colonies restent mal compris. Dans cette étude, nous avons choisi Myxococcus xanthus comme bactérie modèle. Cette bactérie est particulièrement intrigante en raison de son comportement unique. Dans des expériences de prédation, les colonies bactériennes s'étendent en formant des essaims (swarms), dans lesquels les bactéries individuelles se regroupent pour se déplacer à l'unisson. Ce phénomène est connu sous le nom de swarming. Lorsque ces swarms rencontrent une proie, les bactéries utilisent une approche coordonnée pour chasser, puis s'alignent sur de longues distances pour former des motifs, appelés rippling, composés de milliers de cellules créant des vagues qui collisionnent périodiquement. Ces vagues coexistent aux côtés des motifs de swarming présents à l'extérieur de la zone initiale de la colonie de proie. La capacité qu'a M. xanthus à inverser sa direction de déplacement, connue sous le nom de réversion, est cruciale pour la formation du rippling et du swarming. De plus, la dynamique des réversions est régulée par une période réfractaire, une durée spécifique durant laquelle les bactéries ne peuvent réverser. Des études antérieures ont souligné l'importance de cette période réfractaire pour la reproduction du rippling dans des simulations numériques. De plus, chez M. xanthus, on pense qu'un signal externe déclenche les réversions, en particulier lors de collisions tête-à-tête. Il est actuellement proposé que le signal C soit responsable de l'initiation des réversions dans de telles situations. Dans notre étude, nous avons utilisé une combinaison d'expériences, d'analyses d'images et de simulations pour étudier M. xanthus, afin de comprendre la formation des motifs de rippling et de swarming. Nos découvertes révèlent que la régulation de la période réfractaire (la réduction de la période) facilite grandement l'émergence du rippling dans un modèle 1D. De plus, nous avons introduit un nouveau signal pour les réversions appelé "frustration". Ce signal augmente la probabilité de réversion dans les zones de forte congestion. En incorporant ce nouveau signal dans des simulations en 2D, nous démontrons que des changements d'alignement sont suffisants pour expliquer la formation du rippling et du swarming, ainsi que la même dynamique de réversion observée expérimentalement pour chaque phénomène. Une analyse approfondie révèle que la coexistence du rippling et du swarming est possible pour différents niveaux de densité et reste stable pendant plusieurs heures.