Des chercheurs de l'Université ITMO ont développé des nanoconteneurs spéciaux qui peuvent traduire les signaux lumineux en changements métaboliques chez les bactéries. Les conteneurs sont constitués de nanoparticules de dioxyde de titane recouvertes d'argent et de polymères. Une fois les particules chauffées par irradiation laser, la conformation du polymère change et le récipient s'ouvre, libérer le contenu. Les scientifiques ont testé les performances du nouveau système à l'aide d'un agent modèle, l'arabinose. Cependant, il peut être remplacé par d'autres substances actives afin d'utiliser les conteneurs pour l'administration de médicaments. La recherche a été publiée dans Chimie Bioconjuguée.
Le problème de la résistance bactérienne aux antibiotiques devient de plus en plus important, les scientifiques sont donc constamment à la recherche de moyens alternatifs pour influencer le métabolisme des micro-organismes. Par exemple, les chercheurs tentent maintenant de contrôler les bactéries par des moyens physiques, comme l'exposition à la lumière. Les membres du laboratoire SCAMT de l'Université ITMO suggèrent d'utiliser des nanoconteneurs spéciaux sensibles à la lumière pour contrôler le métabolisme bactérien.
De tels nanoconteneurs ont une structure poreuse composée de dioxyde de titane avec des particules d'argent à la surface. Cette structure est chargée d'un agent actif à travers les pores. Dans ce cas, c'était du L-arabinose, un agent actif provoquant la luminescence dans une souche bactérienne spécialement sélectionnée. Finalement, la structure est recouverte de polyélectrolytes, qui bouchent les pores, empêchant l'arabinose de se libérer spontanément en solution. Une fois les conteneurs placés dans un environnement bactérien, ils sont irradiés avec un laser infrarouge sans danger pour les bactéries. Le laser chauffe les particules d'argent, et les polyélectrolytes changent de conformation, ouvrir les pores. Après ça, l'arabinose du récipient pénètre dans l'environnement bactérien déclenchant la luminescence.
« Nous avons utilisé une souche bactérienne spéciale qui produit une protéine fluorescente verte. Nous avons pu facilement capter ce signal et voir si le système fonctionnait :les conteneurs se sont-ils ouverts lorsque nous les avons irradiés avec le laser. De cette façon, nous pouvons apprendre à parler avec les bactéries, contrôler leur métabolisme et les faire évoluer dans une direction différente. Et tout cela à l'aide de la lumière, " commente Anna Nikitina, le premier auteur de l'article, membre du Laboratoire SCAMT de l'Université ITMO.
Selon les scientifiques, les conteneurs développés pourraient être utilisés pour l'administration contrôlée de médicaments. Dans le futur proche, les chercheurs sont sur le point de tester le système créé sur un environnement bactérien solide, ainsi que d'utiliser de nouvelles souches bactériennes. Par exemple, souches dont le rayonnement peut stériliser l'environnement de l'intérieur.
"Cette recherche est importante car nous avons réussi à montrer le principe général du système. C'est devenu un pas vers une meilleure compréhension des systèmes vivants. À l'avenir, cela nous aidera à mieux comprendre la vie et à créer des systèmes avec un métabolisme spécifique par nous-mêmes, jusqu'à une cellule artificielle, " a déclaré Svetlana Oulasevitch, chercheur au Laboratoire SCAMT.
