L’infection de l’homme par la méningite se caractérise par une accumulation de bactéries, les méningocoques, qui se multiplient et peuvent envahir les vaisseaux sanguins. Une équipe de recherche dirigée par Guillaume Duménil à l’Institut Pasteur, en collaboration avec plusieurs équipes de physiciens, a découvert que ces bactéries se comportent comme un fluide visqueux avec des propriétés originales qui n’avaient jamais été décrites. Ils ont publié leurs résultats dans la prestigieuse revue scientifique Cell le 17 mai 2018.

Pour étudier ces bactéries, les chercheurs ont utilisé des micropipettes qui sont la spécialité de Julien Husson, aujourd’hui chercheur au Laboratoire d’Hydrodynamique de l’X. En aspirant des agrégats de bactéries dans ces micropipettes, les chercheurs ont découvert que les méningocoques s’écoulaient comme du miel, avec les propriétés inattendues d’un fluide visqueux. En se regroupant ainsi, les bactéries s’adaptent à la forme des vaisseaux sanguins et poussent comme une gelée pour coloniser tout leur hôte, allant jusqu’à créer des hémorragies mortelles.

En regardant ces bactéries à plus petite échelle encore, il est possible de voir qu’elles ont des « pili » : des poils extrêmement fin (50nm) qui s’allongent et se rétractent continuellement. Grâce à ces filaments, les bactéries communiquent entre elles, s’échangent du matériel génétique, et sont capables de se rapprocher et de s’éloigner les unes des autres en quelques secondes. Ce processus d’interaction confère aux agrégats de méningocoques une capacité de diffusion plus importante que pour des bactéries isolées et dévoile ainsi un nouveau type de matière active, basé sur la force attractive des pili.

En couplant cette approche expérimentale à un modèle théorique développé par Raphaël Voituriez, chercheur CNRS à Sorbonne Université et enseignant à l’École polytechnique, en collaboration avec Hugues Chaté (CEA, CNRS, Université Paris-Saclay), le consortium de chercheur a été capable de reproduire le comportement de ces bactéries par des simulations numériques.    

Cette étude pluridisciplinaire a pu être réalisée grâce à une étroite collaboration entre un laboratoire spécialisé dans les infections causées par le méningocoque (G. Duménil, Institut Pasteur et Inserm) et des physiciens des équipes de Nelly Henry (CNRS, Sorbonne Université), Raphael Voituriez et Hugues Chaté. Cette coopération a permis de coupler une approche expérimentale quantitative avec un modèle physique de matière active pour mieux comprendre ce mode d’infection très particulier.