À ces échelles de temps ultra-rapides, l'équipe a observé que les médicaments créaient des pores microscopiques dans la couche externe protectrice de la bactérie, provoquant une fuite de son contenu et la mort de la cellule.
Les expériences sont parmi les premières du genre et les résultats pourraient ouvrir la voie à la conception d’antibiotiques plus efficaces ciblant plus spécifiquement la membrane bactérienne.
La recherche est publiée dans la revue ACS Central Science.
Comment fonctionnent les antibiotiques ?
Les antibiotiques tuent les bactéries notamment en ciblant et en endommageant l'intégrité de la membrane externe bactérienne, composée d'une bicouche phospholipidique.
Ce sont deux couches de molécules de graisse (phospholipides) qui forment une barrière autour de toutes les cellules bactériennes. La bicouche est une structure dynamique et complexe qui possède des propriétés physiques uniques, telles que sa fluidité, qui dépendent des types et du nombre de lipides présents dans la membrane.
La rupture des membranes est l’une des principales causes de mort bactérienne, mais la manière exacte dont cela se produit n’a pas été entièrement comprise, en grande partie parce que ces événements se produisent sur des délais exceptionnellement courts.
La présente étude comble ce manque de connaissances en combinant des expériences avec des simulations informatiques pour sonder les processus initiaux impliqués dans les dommages membranaires.
Capturer l'invisible
Une équipe dirigée par des chercheurs de l’Université d’Oxford et de l’Université de Californie à San Diego a utilisé la microscopie à force atomique à grande vitesse (HS-AFM) pour observer un antibiotique perturbateur de membrane interagissant avec une membrane bactérienne en temps quasi réel.
L'instrument à grande vitesse enregistre les interactions entre une pointe nanométrique oscillante et un matériau mou à une fréquence de près de 770 000 images par seconde, révélant des détails qui ne peuvent pas être vus avec les méthodes d'imagerie conventionnelles.
L’équipe a utilisé les capacités uniques de l’instrument pour capturer les événements qui se produisent entre quelques microsecondes et quelques millisecondes après qu’un antibiotique entre en contact avec la membrane bactérienne, leur permettant ainsi d’observer le tout début du processus de mort cellulaire.
Le professeur Aleksander Bublitz du département de chimie d'Oxford a déclaré:«Il est incroyablement difficile d'imager des processus rapides à de si petites échelles, mais en combinant cet outil avec des simulations informatiques, nous pouvons commencer à comprendre comment les antibiotiques provoquent la rupture des membranes.» Nous pouvons ensuite utiliser ces informations pour concevoir de meilleurs médicaments qui ciblent spécifiquement les membranes bactériennes et les perturbent plus efficacement.»
De nouvelles perspectives
La recherche révèle, pour la première fois, le rôle crucial que jouent la fluidité de la membrane bactérienne et la dynamique de liaison des molécules antibiotiques dans le processus de formation des pores.
En imitant le système avec des simulations informatiques, les chercheurs ont pu voir comment l'antibiotique fonctionne au niveau atomique.
Les simulations leur ont permis d'identifier des lipides membranaires particuliers et des interactions spécifiques antibiotique-membrane qui sont essentielles au processus de formation des pores.
Ces informations peuvent être utilisées pour développer des médicaments plus efficaces en concevant des molécules spécifiques qui ciblent les lipides identifiés ou les sites de liaison des antibiotiques.
