Les parasites du paludisme pénètrent plus profondément dans la peau

Publié le 4 décembre 2025 à 06h00 IST. Des chercheurs ont découvert que les parasites du paludisme se déplacent en suivant des trajectoires hélicoïdales précises, une stratégie qui leur permet de naviguer efficacement dans les tissus de leur hôte malgré les perturbations constantes de leur environnement.

• Les parasites du paludisme se déplacent presque exclusivement en suivant des hélices droitières dans les environnements tridimensionnels.
• Le modèle mathématique développé par les chercheurs révèle que ce mouvement hélicoïdal permet aux parasites de parcourir de plus grandes distances qu’un mouvement linéaire à la même vitesse.
• Cette découverte pourrait inspirer la conception de micro- et nanorobots médicaux capables de naviguer avec précision dans les tissus complexes du corps humain.

Le monde microscopique est loin d’être statique. De nombreuses bactéries et parasites ne se contentent pas de se déplacer en ligne droite, mais tracent des chemins complexes en trois dimensions. Les parasites du paludisme, par exemple, se faufilent à travers des gels souples et, une fois à l’intérieur d’un hôte, suivent des trajectoires sinueuses à la recherche de vaisseaux sanguins.

Un des principaux défis pour ces micro-organismes est de maintenir leur direction face au « bruit » ambiant : fluctuations aléatoires d’énergie provenant de leur environnement et instabilité inhérente à leur propre système de propulsion. Des études antérieures sur Escherichia coli ont montré qu’une bactérie peut perdre son orientation en une seconde à cause des collisions avec les molécules environnantes.

Pourtant, les parasites du paludisme et d’autres micro-organismes similaires doivent rester sur leur trajectoire pendant des dizaines de secondes, voire plus, pour trouver les nutriments dont ils ont besoin et, dans le cas du parasite, atteindre un vaisseau sanguin. Des modèles physiques antérieurs les décrivaient comme des « perles » autopropulsées secouées par des forces aléatoires, souvent en deux dimensions, avec parfois l’ajout d’une rotation constante. Ces modèles ne rendaient pas compte du mouvement hélicoïdal en 3D, ni de l’influence d’un « bruit ayant une mémoire », c’est-à-dire un bruit dont la valeur actuelle dépend de son passé récent.

Une nouvelle étude menée par des chercheurs de l’Université de Heidelberg a permis de combler cette lacune. Ils ont observé les parasites du paludisme se déplacer dans des hydrogels synthétiques, puis ont reconstitué leur trajectoire à l’aide d’un modèle mathématique. Leurs résultats ont été publiés le 24 novembre dans Nature Physics.

« Nos nouvelles recherches montrent que les parasites du paludisme se déplacent presque exclusivement sur des hélices droitières dans des environnements 3D », a déclaré Ulrich Schwarz, co-auteur de l’étude et responsable du groupe Physique des biosystèmes complexes à l’Institut de physique théorique de l’Université de Heidelberg, dans un communiqué.

L’analyse des données a révélé que les mouvements des parasites se déroulent selon deux échelles de temps : une à environ 20 secondes, correspondant à la durée d’un tour hélicoïdal, et une autre à environ 100 secondes, correspondant à la durée pendant laquelle l’axe de l’hélice maintient sa direction.

Les sporozoïtes du paludisme, injectés dans la peau humaine, doivent parcourir des centaines de micromètres pour atteindre un capillaire sanguin et rejoindre le foie. Des modèles géométriques antérieurs suggéraient déjà que la distance naturelle sur laquelle un parasite effectue un virage correspondait au rayon des petits vaisseaux sanguins, facilitant ainsi leur contournement. La nouvelle étude apporte un élément supplémentaire : le mouvement hélicoïdal pourrait aider les parasites à parcourir une plus grande distance qu’un micro-organisme se déplaçant en ligne droite à la même vitesse.

L’équipe a construit un modèle mathématique 3D d’une particule active chirale, c’est-à-dire une particule qui a tendance à se tordre dans un sens fixe lorsqu’elle se déplace. La particule avait une vitesse constante dans son propre référentiel et une vitesse angulaire qui, en l’absence de bruit, lui ferait tracer une hélice parfaite. L’originalité de cette étude réside dans la manière dont le bruit de rotation a été traité. Au lieu d’ajouter du bruit blanc, les auteurs ont utilisé un processus d’Ornstein-Uhlenbeck (OU), où le bruit est « ramené » vers une valeur préférée avec un certain temps de relaxation. Cela a produit un « bruit coloré », plus prévisible qu’un bruit blanc, et imitant les processus internes du parasite.

Les prédictions du modèle concernant la position moyenne de la particule et son déplacement correspondaient aux observations des parasites se déplaçant dans l’hydrogel. Les paramètres optimaux du modèle indiquaient des trajectoires hélicoïdales avec un pas d’environ 13 micromètres et un rayon d’environ 3 micromètres, des valeurs conformes aux données existantes. La forme des chemins simulés correspondait également aux trajectoires mesurées par les auteurs.

Ces résultats suggèrent que le mouvement hélicoïdal n’est pas un simple hasard géométrique, mais une stratégie efficace pour les micro-organismes comme le parasite du paludisme afin de se déplacer dans un environnement bruyant. La trajectoire hélicoïdale pourrait compenser les fluctuations internes du parasite et stabiliser sa direction.

Cette conclusion s’inscrit dans la continuité des travaux sur les spermatozoïdes et les algues, où la nage hélicoïdale a été montrée comme un moyen de se déplacer de manière fiable en présence de gradients chimiques, malgré un fort bruit de courbure et de torsion. Elle complète également les modèles géométriques des parasites du paludisme qui soulignent l’importance de leur courbure naturelle et de leur flexibilité pour adhérer aux vaisseaux sanguins.

Après une piqûre de moustique, seule une petite fraction des sporozoïtes doit atteindre un capillaire pour que l’infection réussisse. L’évolution semble avoir favorisé un mouvement hélicoïdal avec un « bruit coloré » pour garantir que chaque parasite couvre un maximum de terrain avant de perdre sa direction.

« Nous pensons que cette chiralité s’est développée au cours de l’évolution pour permettre à l’agent pathogène de passer rapidement et de manière constante entre les différents compartiments tissulaires du corps hôte », a déclaré Friedrich Frischknecht, co-auteur de l’étude et professeur de parasitologie intégrative à l’Université de Heidelberg, dans un communiqué.

Au-delà du paludisme, ce modèle pourrait s’appliquer à d’autres nageurs microscopiques, comme certaines algues et choanoflagellés coloniaux, dont les trajectoires hélicoïdales et la propulsion bruyante ont déjà été documentées. Les auteurs suggèrent que ce modèle pourrait également inspirer la conception de micro- et nanorobots médicaux, en concevant un composant de rotation contrôlé et des échelles de temps internes appropriées pour construire de petits dispositifs capables de naviguer plus efficacement dans les tissus complexes.

Une étude de 2014, menée par certains membres de la même équipe, avait traité les sporozoïtes comme des bâtonnets flexibles interagissant avec des obstacles. Les modèles ultérieurs avaient lié la forme des sporozoïtes à leur capacité à glisser sur certaines surfaces. Le nouveau modèle semble avoir ajouté l’ingrédient manquant : le « bruit coloré » interne. Les auteurs concluent qu’ils souhaitent désormais établir un lien entre le moment des fluctuations internes et la manière dont les organismes se déplacent, puis comprendre comment ces connexions sont façonnées par leur environnement et l’évolution.