Une image en microscopie électronique à balayage de la bactérie Escherichia coli. De nombreuses bactéries, dont E. coli, « parler » entre eux en sécrétant et en percevant de petites molécules, un processus appelé détection de quorum. Des flagelles et des appendices qui s'étendent hors des parois cellulaires peuvent être produits en réponse à cette signalisation. Les voisins les plus proches contrôlent le comportement du groupe. Perturber cette communication intercellulaire pourrait s'avérer être une nouvelle façon de lutter contre les infections ou les maladies.
(PhysOrg.com) -- De nouvelles recherches à la A. James Clark School of Engineering pourraient prévenir les infections bactériennes à l'aide de minuscules machines biochimiques - des nano-usines - qui peuvent confondre les bactéries et les empêcher de se propager, sans l'utilisation d'antibiotiques.
Un article sur la recherche est présenté dans le numéro actuel de Nature Nanotechnologie . "Les nano-usines biologiques conçues déclenchent une réponse de détection de quorum dans les bactéries ciblées, " a été rédigé par Rohan Fernandes, ancien élève de la Clark School (Ph.D. '08, bio-ingénierie), étudiante diplômée Varnika Roy (biologie moléculaire et cellulaire), étudiant diplômé Hsuan-Chen Wu (bio-ingénierie), et leur conseiller, William Bentley (professeur et président, Département de bio-ingénierie de Fischell).
Le travail du groupe est une mise à jour sur leurs nano-usines d'origine, développé pour la première fois en 2007. Ces nano-usines utilisaient de minuscules bits magnétiques pour les guider vers le site d'infection.
"C'est un tout nouveau, version tout biologique, " dit-il. " Les nouvelles nano-usines sont autoguidées et ciblées. Nous avons démontré pour la première fois qu'ils sont capables de trouver un type spécifique de bactérie et de l'inciter à communiquer, un niveau d'automatisation et de contrôle beaucoup plus fin."
Les nouvelles nano-usines peuvent faire la différence entre les mauvaises (pathogènes) et les bonnes bactéries. Par exemple, notre tube digestif contient un certain niveau de bonnes bactéries pour nous aider à digérer les aliments. Les nouvelles nano-usines pourraient cibler uniquement les mauvaises bactéries, sans perturber les niveaux de bonnes bactéries dans le tube digestif (un effet secondaire courant de nombreux antibiotiques). Les nano-usines ciblent directement les bactéries plutôt que de se déplacer dans tout le corps, un autre avantage par rapport aux antibiotiques traditionnels.
Les cellules bactériennes communiquent entre elles sous une forme de communication de cellule à cellule connue sous le nom de détection de quorum. Lorsque les cellules sentent qu'elles ont atteint une certaine quantité, une infection pourrait être déclenchée. Les nano-usines biologiques développées à la Clark School peuvent interrompre cette communication, perturber les actions des cellules et arrêter une infection.
Alternativement, les nano-usines pourraient amener les bactéries à détecter un quorum trop tôt. Cela déclencherait les bactéries pour essayer de former une infection avant qu'il n'y ait suffisamment de cellules bactériennes pour faire du mal. Cela provoquerait une réponse naturelle du système immunitaire capable de les arrêter sans l'utilisation de médicaments.
Parce que les nano-usines sont conçues pour affecter la communication au lieu d'essayer de tuer les bactéries, ils pourraient aider à traiter la maladie dans les cas où une souche bactérienne est devenue résistante aux antibiotiques.
"Le travail du Dr Bentley est extrêmement excitant car il utilise la capacité de l'ingénierie pour "construire" en utilisant des composants basés sur la nature, " dit Philippe Leduc, professeur agrégé aux départements de génie mécanique et biomédical et au Lane Center for Computational Biology and Biological Sciences de l'Université Carnegie Mellon. "Comprendre la science des cellules est merveilleux, mais ensuite, utiliser ces composants et construire des systèmes qui tirent parti des avantages biologiques est un énorme pas en avant. Son travail dans cet article utilise son approche de biologie synthétique pour construire de nouvelles nano-usines vers de nouveaux domaines d'antimicrobiens ainsi que pour ouvrir de nouvelles découvertes en matière de détection de quorum. »
La capacité des nano-usines à modifier la communication de cellule à cellule ne se limite pas à lutter contre les infections.
"Les molécules de détection de quorum et de signalisation sont en fait utilisées pour accomplir beaucoup de choses, " explique Bentley. " Parfois, la maladie se développe parce que la communication n'a pas lieu - un bon exemple est les troubles digestifs qui impliquent un déséquilibre des bactéries dans le tube digestif. Dans ce cas, les nano-usines pourraient être utilisées pour démarrer ou augmenter la communication au lieu de la perturber."
