La découverte des antibiotiques a été une énorme percée en médecine, qui a permis de sauver d'innombrables vies. Malheureusement, leur utilisation généralisée a conduit à l'évolution rapide de souches bactériennes très résistantes, qui menacent de ramener l'humanité à la case départ dans la lutte contre les maladies infectieuses. Même si les chercheurs recherchent de nouveaux concepts de conception de médicaments antibactériens, le développement global de nouveaux agents est actuellement sur le déclin.

Pour faire face à ce grave problème, scientifiques de l'Université des sciences de Tokyo, Japon, explorent une nouvelle approche pour stimuler l'activité antibactérienne in vivo du peroxyde d'hydrogène (H 2 O 2 ), un désinfectant couramment utilisé. Dans une étude récente publiée dans Communications rapides macromoléculaires , une équipe dirigée par le professeur adjoint Shigehito Osawa et le professeur Hidenori Otsuka ont signalé leur succès dans l'amélioration de H 2 O 2 activité en utilisant des polymères contenant du cuivre soigneusement adaptés.

Pour comprendre leur approche, ça aide de savoir comment H 2 O 2 agit contre les bactéries en premier lieu, et le rôle que joue le cuivre. H 2 O 2 peut être décomposé en un radical hydroxyle (OH) et un anion hydroxyde (OH-), dont le premier est hautement toxique pour les bactéries car il détruit facilement certaines biomolécules. Le cuivre dans son premier état d'oxydation, Cu(I), peut catalyser la division de H 2 O 2 en un radical hydroxyle et un anion hydroxyde, se transformant en Cu(II) dans le processus par oxydation. Avec curiosité, H 2 O 2 peut également catalyser la réduction de Cu(II) en Cu(I), mais seulement si cette réaction est en quelque sorte facilitée. Une façon d'y parvenir est d'avoir des complexes contenant du Cu(II) suffisamment proches les uns des autres.

Cependant, lors de l'utilisation de complexes contenant du Cu(II) dissous dans une solution, la seule façon pour eux de se rapprocher est de se heurter accidentellement, ce qui nécessite une concentration trop élevée de cuivre. L'équipe a trouvé une solution à ce problème en s'inspirant de la chimie cellulaire, comme l'explique le Dr Osawa :« Dans les organismes vivants, le cuivre forme des complexes avec des protéines pour catalyser efficacement les réactions redox. Par exemple, la tyrosinase a deux sites complexes de cuivre à proximité l'un de l'autre, ce qui facilite la formation d'intermédiaires de réaction entre les espèces oxygénées et les complexes de cuivre. Nous pensions pouvoir exploiter ce type de mécanisme dans des polymères produits artificiellement avec des complexes de cuivre, même s'il est dispersé dans une solution."

Avec cette idée, les chercheurs ont développé une longue chaîne polymère avec de la dipicolylamine (DPA) sous forme de complexes contenant du cuivre. Ces complexes DPA-cuivre étaient attachés au long squelette du polymère en tant que « groupes pendants ». Lorsque ces polymères sont dispersés dans une solution, les atomes de Cu(II) dans les groupes pendants sont maintenus à proximité et localement à des densités élevées, augmentant considérablement les chances que deux d'entre eux soient suffisamment proches pour être réduits en Cu(I) par H 2 O 2 . A travers diverses expérimentations, les scientifiques ont démontré que l'utilisation de ces polymères sur mesure a entraîné une activité catalytique plus élevée pour la division de H 2 O 2 , résultant en plus d'OH même pour des concentrations plus faibles de cuivre. D'autres tests utilisant des cultures d'Escherichia coli ont montré que ces polymères augmentaient considérablement le potentiel antibactérien de H 2 O 2 .

Alors que les résultats de cette étude ouvrent une nouvelle voie de conception pour les médicaments antimicrobiens, il peut également y avoir des applications utiles dans l'industrie alimentaire. "Parce que le cuivre est un nutriment essentiel pour les organismes vivants, l'agent antibactérien développé dans cette étude est prometteur en tant que conservateur alimentaire efficace, ce qui pourrait contribuer à augmenter la variété des aliments qui peuvent être conservés sur de longues durées de conservation, " souligne le Dr Osawa. Espérons que cette nouvelle stratégie nous permettra de mieux tenir à distance les menaces microscopiques.