Une approche interdisciplinaire de la croissance du pathogène hélicoïdal et opportuniste 𝘾𝙖𝙣𝙙𝙞𝙙𝙖 𝙖𝙡𝙗𝙞𝙘𝙖𝙣𝙨

Les formes hélicoïdales sont omniprésentes dans la nature. On les observe à différentes échelles, des structures moléculaires à macroscopiques. Dans les vrilles des plantes grimpantes, la croissance en hélice, appelée circumnutation par Charles Darwin, offre une capacité d’extension mécanique de la structure sans commune mesure avec celle du filament qui la constitue, rendant la vrille robuste à des mouvements de grande amplitude de son support. La circumnutation racinaire a de plus récemment été identifiée comme cruciale pour les modalités d’exploration, de pénétration et d’ancrage des racines dans le sol. L’ensemble de ces phénomènes confère à cette géométrie générique de la vie une grande pertinence biologique. Les formes hélicoïdales sont également une source d'inspiration dans le domaine de la robotique, stimulant le développement d'algorithmes de planification du mouvement afin d'améliorer les performances des robots souples. 

Dans une étude menée par des scientifiques du Laboratoire interdisciplinaire des énergies de demain (LIED, CNRS/Université Paris Cité), les différentes modalités et le rôle de la forme hélicoïdale dans un autre type d’organisme, les champignons (Fungi), avec un focus sur un pathogène opportuniste présent naturellement dans le microbiote humain, la levure filamenteuse Candida albicans1 , ont été explorées. Plus précisément, le lien entre la croissance oscillatoire et les capacités d’exploration et de pénétration de l’espace par les filaments (ou hyphes) de cet organisme a été mis en lumière. Dans un contexte de recrudescence des infections fongiques et d’un arsenal thérapeutique limité, ce travail interdisciplinaire, mobilisant en particulier les technologies microfluidiques, apporte un nouvel éclairage à la pathogénicité de C. albicans.

Ce travail explore spécifiquement la forme filamenteuse (hyphe) de C. albicans et ses modalités de croissance sous confinement physique, de façon à comprendre son comportement dans les replis des tissus qu’elle infiltre, par exemple. Les outils microfluidiques permettent ici de moduler ce confinement en utilisant des canaux de hauteur variable, ou bien le long d’un même canal afin de successivement confiner et déconfiner l’hyphe, et de faciliter le suivi de sa croissance en microscopie.

Ainsi, les hyphes de C. albicans oscillent de façon périodique en confinement. Ce travail propose également un nouveau cadre théorique, celui des hélices confinées (« squeelices »), qui relie la forme hélicoïdale en 3D à ces oscillations dans le plan. Enfin, cette stratégie de croissance oscillatoire permet une exploration à courte distance tout en maintenant une persistance directionnelle à longue distance. Elle se décline aussi selon une modalité remarquable : longer des obstacles en gardant la pointe de l’hyphe perpendiculaire à ceux-ci. Des expériences menées en chambres microfluidiques à sortie étroite montrent que ce comportement permet d’identifier de manière robuste des interstices le long d’un mur, ou plus généralement les faiblesses d’une barrière, puis de les exploiter comme portes d’entrée pour l’invasion.

Cette étude constitue une contribution notable à ce nouveau champ de la microfluidique qui pourrait être nommé « fungifluidique », appelé à se développer dans le futur compte tenu de l’importance des champignons dans les problématiques de santé planétaire.

Références
Snooping helices: The elastic path finding algorithm of growing hyphae.
A. Rittaud, E. Couttenier, S. Bachellier-Bassi, C. d’Enfert, I.M. Kulić, & C. Villard.
Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 123 (15).
https://doi.org/10.1073/pnas.2526262123

• 1C. albicans peut provoquer des infections (candidoses) lorsque l’équilibre immunitaire ou microbiologique de l’organisme est rompu. Il affecte la peau, les muqueuses et parfois les organes internes. Chez la femme, il est notamment responsable de mycoses vaginales, dont on estime que 70% des femmes seront atteintes une fois dans leur vie, et dont les récurrences ont un impact significatif sur la qualité de vie. La capacité de C. albicans à passer de la forme levure, qui permet une dissémination par la voie sanguine, et la forme filamenteuse (hyphale) qui lui permet de pénétrer dans les tissus et plus largement de coloniser un milieu à longue distance, en font un pathogène opportuniste redoutable, à l’origine d’infections nosocomiales.