Physiologie Bactérienne Quantitative à Différentes Échelles

Quantitative Bacterial Physiology Across Scales

• Auteur / Autrice : Maryalbis Patino
• Direction : Luca Ciandrini
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Biologie Santé
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2024
• Etablissement(s) : Université de Montpellier (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences Chimiques et Biologiques pour la Santé
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : CBS - Centre de Biologie Structurale
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Modélisation moléculaire multi-échelle

Mots clés

Mots clés libres

Microscopie

Physiologie Bactérienne

Modèles biophysiques

Bacterial Physiology

Biophysical modelling

Microscopy

Résumé

Les bactéries, souvent perçues comme des formes de vie simples, présentent une complexité physiologique remarquable. Il y a plus de six décennies, des études sur les cultures bactériennes ont conduit à l'établissement de “lois de croissance”, relations phénoménologiques qui lient la composition des cellules à leur physiologie, dont nombreux aspects restent inexpliqués. Récemment, les principes économiques d'allocation des ressources qui régissent les lois de croissance suscitent de plus en plus d'intérêt car essentiels pour comprendre les caractéristiques des communautés bactériennes (e.g. résilience et réponse aux antibiotiques). L'objectif de ce projet est de caractériser et de quantifier la croissance des cellules bactériennes à différentes échelles spatio-temporelles. Nous utiliserons une combinaison de micro-réacteurs, d'imagerie de fluorescence en time-lapse à haut débit et résolue à la cellule individuelle, une série de sondes fluorescentes de pointe et une modélisation mathématique innovante. Le projet aspire à développer un cadre complet qui intègre les comportements des cellules individuelles avec la dynamique de la population, offrant de nouvelles perspectives sur la physiologie bactérienne, la compréhension de la résistance aux antibiotiques et les fonctions de l'écosystème microbien. Nous examinerons comment l'allocation des ressources (ribosomes, ATP,...) affecte les taux de croissance dans diverses conditions environnementales et sous doses d'antibiotiques sub-létales, à la fois dans les cellules individuelles et les cultures en batch, fournissant des nouvelles perspectives sur les stratégies d'adaptation microbiale. Grâce à une combinaison de microbiologie, de biophysique expérimentale et de modélisation mathématique, nous aborderons les questions ouvertes de la régulation de la croissance bactérienne, tant du point de vue bioénergétique que biosynthétique, apportant une nouvelle perspective au domaine de la physiologie bactérienne quantitative.

Bacteria, often perceived as simple life forms, exhibit a remarkable physiological complexity. Over six decades ago, studies on bacterial cultures led to the establishment of ‘growth laws', phenomenological relationships that link cell size and composition to growth rates. While these laws were foundational in early microbiology, many of their aspects remain unexplained. Recently, fuelled by methodological breakthroughs, there has been a renewed interest in deciphering the ‘economical' principles of resource allocation that govern growth laws, crucial to understanding how individual cell behaviors contribute to bacterial community characteristics such as resilience and antibiotic response. The goal of this project is to characterize and quantify bacterial cell growth across different spatial and temporal scales. To do so, we will employ a combination of automated bacterial micro-reactors, high- throughput, single-cell-resolved time-lapse fluorescence imaging, a suite of state-of-the-art fluorescent probes, and innovative mathematical modeling. The project aspires to develop a comprehensive framework that integrates single-cell behaviors with population dynamics, offering new insights into bacterial physiology and with implications for understanding disease spread, antibiotic resistance, and microbial ecosystem functions. We will examine how resource allocation (ribosome, ATP,...) affects growth rates under various environmental conditions and sub-lethal antibiotic dosage, in both single cells and batch cultures, providing new insights into bacterial cells' adaptation strategies. Through a broad and collaborative combination of microbiology, experimental biophysics, and mathematical modeling, we will tackle open questions of bacterial growth regulation, from both the bioenergetic and biosynthetic perspectives, bringing a new fresh perspective to the field of quantitative bacterial physiology.