Trypanosome au milieu des globules rouges : la vitesse augmente, elle ne diminue pas ✛
Un nageur dans une piscine remplie de ballons légers prend appui sur eux et nage plus vite que dans l'eau claire. C'est à peu près ce que fait le trypanosome, un parasite unicellulaire responsable de la maladie du sommeil, lorsqu'il se retrouve dans le sang, où les globules rouges occupent près de la moitié du volume. On pensait auparavant qu'une suspension aussi dense devait entraver le mouvement, mais les calculs et les expériences ont montré le contraire : le parasite accélère de plusieurs dizaines de pour cent.
La clé de l'énigme réside dans le flagelle, un prolongement cellulaire long et mobile qui bat en formant une onde et propulse le parasite vers l'avant. Dans un liquide pur, la résistance au mouvement du flagelle perpendiculairement à son axe n'est que légèrement supérieure à celle le long de l'axe, si bien que la poussée est faible. Mais si des particules flottent autour, elles gênent davantage le mouvement perpendiculaire du flagelle que le mouvement longitudinal, et cette différence augmente avec leur concentration. Le flagelle commence à prendre appui sur les particules, comme le nageur sur les ballons, et la vitesse augmente.
L'effet est particulièrement visible lorsque la taille des particules ne dépasse pas la moitié de la longueur d'onde du battement flagellaire. Chez le trypanosome, cette onde a une longueur d'environ 10 micromètres, et les globules rouges mesurent 7 à 8 micromètres, les conditions sont donc idéales. Dans des expériences avec des parasites vivants dans une chambre remplie de microsphères, la vitesse augmentait avec la concentration de particules, et l'augmentation était plus importante pour les sphères plus petites que pour les plus grosses.
Auparavant, on ne savait pas comment le trypanosome se déplaçait dans le sang, où les érythrocytes occupent jusqu'à la moitié du volume. On a maintenant montré que la suspension ne gêne pas, mais aide : les particules renforcent l'anisotropie du frottement du flagelle, et le parasite nage plus vite. Cela explique comment il survit et se propage dans la circulation sanguine malgré la forte densité cellulaire.
Un tel mécanisme pourrait être commun à de nombreux micro-nageurs flagellés dans les fluides biologiques, par exemple les spermatozoïdes dans le mucus ou les bactéries dans les biofilms. Les résultats seront utiles pour le développement de dispositifs microfluidiques destinés au diagnostic des infections parasitaires, où il faut tenir compte de l'influence des particules sur la mobilité. En fin de compte, le trypanosome au milieu des globules rouges évoque un nageur qui a appris à utiliser les ballons de la piscine comme appui pour accélérer.
Le trypanosome, long de 24 micromètres, est capable de passer de 11 à 36 micromètres par seconde lorsqu'il pénètre dans un amas de microparticules, comme le montre l'une des vidéos de l'article. C'est comme si un piéton se mettait soudainement à courir simplement en se retrouvant dans une foule.
L'idée d'un micro-organisme qui utilise les particules environnantes pour accélérer rappelle le comportement des vers des sables dans le roman de Frank Herbert, « Dune », qui se déplacent à travers le sable en utilisant le frottement contre les particules. Bien que l'échelle et le milieu soient différents, le principe de « s'appuyer sur l'environnement » fait écho au mécanisme découvert.