Influence de l'hydrodynamique sur l'adhésion pionnière de Shewanella oneidensis MR-1 au sein de système microfluidique

Influence of hydrodynamics on early adhesion of Shewanella oneidensis MR-1 within microfluidic systems

• Auteur / Autrice : Lucie Klopffer
• Direction : Laurence Mathieu, Nicolas Louvet
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Sciences de la Vie et de la Santé - BioSE
• Date : Inscription en doctorat le 29/03/2022
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale BioSE - Biologie, Santé, Environnement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LCPME - Laboratoire de Chimie Physique et Microbiologie pour les Matériaux et l'Environnement
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Microbiologie environnementale

Mots clés

Mots clés libres

Hydrodynamique

Mécanisme de transfert à la paroi

Colonisation pionnière

Biofilm bactérien

Hydrodynamic

Wall transfer mechanisms

Bacterial early colonization

Biofilm

Résumé

Le sujet de thèse proposé s'intègre dans un projet ANR BIOCIDES et se focalise sur l'étude, à l'échelle d'un pore unique, des interactions entre la dynamique d'adhésion / formation / inactivation d'un biofilm et les contraintes hydrodynamiques (taux de cisaillement) et chimiques (biocide). L'influence de l'hydrodynamique sera étudiée à deux étapes du cycle de vie du biofilm : l'adhésion pionnière à une surface abiotique (quelques secondes à quelques centaines de minutes) en s'intéressant notamment aux cinétiques et aux mécanismes de transfert principaux expliquant cette colonisation. Deux approches innovantes basées l'une sur la microscopie holographique et l'autre sur le machine learning seront mises en place afin d'apprécier plus finement les mécanismes et la dynamique de l'adhésion bactérienne précoce. D'autre part, le développement du biofilm bactérien et le devenir de ce biofilm mature (quelques heures à quelques jours) sous hydrodynamique sera également analysé par une approche expérimentale mettant en œuvre des techniques de caractérisation complémentaires maitrisées ou en cours de développement au sein des laboratoires, notamment la spectroscopie (IR-ATR, Raman) et la transcriptomique. Ces techniques permettront d'explorer le biofilm de l'échelle moléculaire (matrice EPS) à celle du biofilm en passant par l'activité des cellules afin de caractériser l'impact de l'hydrodynamique sur le biofilm et sa capacité de réponse au stress. Enfin, ces différentes approches et techniques de caractérisation seront mises au service de l'évaluation d'un traitement biocide, combiné au stress hydrodynamique déjà étudié, sur la formation et l'altération du biofilm. Une attention particulière sera portée sur le mode d'administration du biocide (concentration biocide, mode continu ou pulsé) afin de déterminer, si possible et existante, d'une combinaison optimale hydrodynamique-biocide pour lutter contre le biofilm formé à la surface.

The proposed thesis is part of the ANR project “Biocides” and focuses on the study at the single pore-scale, of the interactions between the dynamics of adhesion / formation / inactivation of a biofilm and the hydrodynamic (shear rate) and chemical stresses (biocide). The influence of hydrodynamics will be studied at two steps of the biofilm life cycle: the bacterial early adhesion to an abiotic surface (a few seconds to a few hundred minutes), focusing in particular to colonization kinetics and main transfer mechanisms explaining this colonization. Two innovative approaches based on holographic microscopy and machine learning will be implemented in order to appreciate finely the mechanisms and dynamics of bacterial early adhesion. In addition, the bacterial biofilm development and the fate of this mature biofilm (a few hours to a few days) under hydrodynamics will be analyzed using a continuum of complementary methods mastered or under development in the laboratories, particularly spectroscopy (IR-ATR, Raman) and transcriptomics. These methods will allow us to explore the biofilm at a molecular scale (EPS matrix) to the mesoscopic scale through cell activity in order to characterize the hydrodynamic impact on the biofilm and the biofilm ability to respond to stress. Finally, these different approaches and methods will serve the evaluation of a biocidal treatment, combined with the hydrodynamic stress already studied, on the formation and alteration of the biofilm. Particular attention will be dedicated to the biocide delivery method (biocide concentration, continuous or pulsed mode) in order to determine, if possible and existing, of the optimal hydrodynamic-biocide combination to combat biofilms.