A cytological, genetic and physical analysis of the process of swarming in Bacillus subtilis

• Auteur / Autrice : Daria Julkowska
• Direction : Simone Laurent, Grzegorz Wegrzyn
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences biologiques
• Date : Soutenance en 2005
• Etablissement(s) : Paris 11 en cotutelle avec Uniwersytet gdański
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne)

Mots clés

Mots clés libres

Migration des bactéries

Communautés bactériennes

Colonisation en surface

Surfactine

Transduction de signal

Résumé

Le phénomène de "swarming", c'est-à-dire la migration en masse, coordonnée et rapide, des cellules sur une surface, a été observé chez de nombreuses bactéries. Cependant, le mécanisme du contrôle de ce processus de développement reste inconnu. Il était donc important de définir précisément les conditions requises pour le processus de "swarming" chez Bacillus subtilis en analysant chacune des étapes au niveau macroscopique et microscopique, grâce à la vidéo en time-lapse, in situ, sans perturber les cellules. Ce travail a permis de mettre en évidence de nombreux caractères nouveaux du processus de "swarming", qui, dans le cas de B. Subtilis, est remarquablement complexe. Les résultats ont montré des vagues successives de migration avec formation de dendrites ramifiées complexes. Des groupes de cellules étroitement associées et avançant de manière coopérative ont été observés à l'extrémité des dendrites. Trois types de cellules ont été observés dans la communauté, y compris des "rafts" formant une monocouche de type "cristallin", à la base inférieure des dendrites matures. Grâce à une approche génétique, j'ai démontré que la surfactine produite par B. Subtilis est essentiel pour le processus de "swarming" sur milieu synthétique B. J'ai aussi démontré l'existence d'un deuxième voie indépendante de la surfactine, sur milieu riche. L'analyse de mutants défectifs pour des systèmes de "quorum sensing", a démontré que la voie dépendante de la surfactine dépend vraisemblablement de molécules de signalisation. Enfin, les études concernant les propriétés physiques de la surfactine montrent que la surfactine purifiée s'étale en formant des "dendrites".

Many bacteria have been shown to swarm, that is the cooperative rapid mass migration of cells over a surface. However, the mechanism underlying the control of this developmental process or the basis of coordinated behaviour that facilitates rapid migration, remains completely unclear. Therefore, in my studies, it was important to define precisely the conditions required for swarming in Bacillus subtilis, documenting each stage, both macroscopically and microscopically, by manual and time-lapse photography of the expanding community, in situ, without disturbing the cells. This has yielded many novel features of the swarming process, which in B. Subtilis is particularly remarkable and complex. On a synthetic medium, successive waves of swarming, followed by consolidation, were observed, forming highly intricate branching patterns of dendrites. Packs of closely associated bacteria, advancing cooperatively, were observed at the tips of dendrites. At least three types of cells were observed in the community, including ‘crystalline' arrays of closely packed rafts of cells, at the base of mature dendrites. Using a genetic approach I have demonstrated that surfactin produced in B. Subtilis, is essential for swarming on the synthetic B medium. I also demonstrated a surfactin independent pathway for swarming on a rich medium. Analysis of mutants defective in quorum sensing demonstrated that the surfactin independent pathway is likely dependent on signalling molecules. Finally, in studies concerning the physical properties of surfactin and its role in swarming, the results included the demonstration that pure surfactin when spreading forms ‘dendrites'.