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    La brosse en polymère Léviathan à base d'E. coli éloigne les bactéries

    Monstre microscopique :Un moment fortuit dans le laboratoire a conduit à la création de brosses en polymère 100 fois la taille habituelle. Les pinceaux sont visibles au microscope, alors que les brosses en polymère sont généralement détectées avec des microscopes à force atomique ou d'autres moyens non optiques. Le faible, la ligne verte en bas de cette photo est une surface sur laquelle les poils ont poussé. Les poils sont considérés comme une masse vert-noir atteignant les points rouges de la surface. Crédit :Georgia Tech/Allison Carter

    Une gaffe de laboratoire avec une enzyme extraite de bactéries a conduit à la création du Léviathan des brosses en polymère, matériaux biocompatibles émergents ayant le potentiel de repousser les bactéries infectieuses.

    Les brosses en polymère sont des surfaces normalement recouvertes de poils nanométriques en polymères, chaînes moléculaires de type spaghetti qui sont synthétisées chimiquement. Mais dans une nouvelle étude, une équipe dirigée par des chercheurs du Georgia Institute of Technology est tombée sur une technique biologique pour améliorer les brosses en faisant pousser les poils en géants 100 fois la longueur habituelle.

    "Nous mettions l'enzyme sur une surface pour l'observer pour une expérience totalement différente, mais on en met trop sur la surface trop densément, et - boum - nous nous sommes retrouvés avec le plus épais, la plus longue brosse en polymère que nous ayons jamais vue ou entendue, " a déclaré Jennifer Curtis, qui a dirigé l'étude et est professeur agrégé à la Georgia Tech's School of Physics. "Ils étaient si gros que vous pouviez les voir au microscope optique au lieu d'avoir à les toucher avec un microscope à force atomique ou d'utiliser d'autres méthodes nécessaires pour des brosses en polymère plus habituelles."

    Les chercheurs ont détourné l'attention de l'étude originale pour poursuivre la nouvelle brosse incroyablement grande.

    Aux bactéries qui les envahissent, les poils de la brosse sont pratiquement impénétrables, fourré visqueux qui empêche les microbes d'entrer dans les observations de laboratoire. Il empêche la propagation des biofilms, colonies bactériennes qui se réunissent pour former un matériau dur qui rend difficile la destruction des bactéries.

    Rempart de biofilm

    "Le système immunitaire humain a du mal avec les biofilms. Les antibiotiques ne fonctionnent pas très bien sur eux non plus. Dans la filtration de l'eau, les biofilms peuvent coller avec ténacité, trop. Si vous avez une brosse hyaluronane sur une surface, un biofilm ne peut pas s'y coller, " dit Curtis.

    Hyaluronane, le composé dans les poils, est un polysaccharide, une chaîne de molécules de sucre, et est naturellement répandu dans et autour de nos cellules. Il est également connu de beaucoup de son utilisation dans les hydratants cosmétiques.

    L'enzyme qui fabrique les poils d'hyaluronane sur la brosse est la hyaluronane synthase, et il contourne la synthèse chimique plus fastidieuse en extrudant sans effort des poils extrêmement longs. Les enzymes peuvent également remplacer les poils lorsqu'ils se cassent, quelque chose que les pinceaux synthétisés chimiquement ne peuvent pas faire, ce qui limite la durabilité de ces brosses. Toujours, l'utilisation de la synthase est peu orthodoxe.

    "Les gens de la brosse disent, « Que font ces enzymes ici ? » parce qu'ils recherchent la chimie, et les biologistes se demandent ce que le pinceau a à voir avec la biologie, " dit Curtis.

    L'équipe a publié la nouvelle étude, Brosses géantes auto-régénérantes en polymère hyaluronique, dans la revue Communication Nature en décembre 2019. La recherche a été financée par la National Science Foundation.

    De gauche à droite :les chercheurs Jennifer Curtis, chercheur principal; Wenbin Wei, un ancien étudiant postdoctoral dans le laboratoire de Curtis, et Jessica Faubel, un assistant de recherche diplômé dans le laboratoire de Curtis. Wei et Faubel ont été les premiers auteurs de l'étude. Crédit :Georgia Tech/Allison Carter

    Conçu E. coli

    Les chercheurs ont conçu des bactéries pour produire surabondamment l'enzyme en insérant des gènes de hyaluronane synthase de la bactérie Streptococcus equisimilis dans E. coli puis ils ont récolté l'enzyme.

    "Nous avons brisé les bactéries en un tas de fragments gluants non vivants, puis avons collé leur membrane aux surfaces, et la synthase a extrudé les brosses, " dit Curtis.

    Les enzymes peuvent être activées et désactivées, et l'ajustement de la concentration en sel ou du pH dans la solution autour des brosses fait que les poils s'étendent en une forme droite ou se recourbent en une forme rétractée. Des additifs fonctionnels tels que des antibactériens pourraient être intégrés dans les brosses.

    Quelque chose comme un cathéter pourrait un jour être recouvert de brosses pour rester exempt de bactéries, et l'épaisseur des brosses ondulées agirait également comme un lubrifiant en empêchant le contact de friction avec la surface sous elles. Certaines cellules humaines essentielles au processus de guérison sont en fait capables de passer à travers les poils, qui pourrait avoir un potentiel pour la médecine.

    "Pour une plaie chronique qui ne guérit pas, vous pourrez peut-être concevoir un pansement qui encourage la croissance de nouvelles cellules mais empêche les bactéries d'entrer, " dit Curtis.

    Recherche en biophysique

    Le détour fortuit des chercheurs dans la brosse géante a élargi les possibilités de leur intention initiale d'étudier l'hyaluronane enzymatique de manière isolée.

    "Nous traitons en permanence le couplage de la biochimie, signalisation chimique, et mécanique, donc avoir quelque chose qui isole la mécanique de la signalisation afin que nous puissions nous concentrer uniquement sur la mécanique est vraiment utile, " dit Curtis.


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