Pendant deux décennies, les scientifiques ont recherché une nouvelle façon potentielle de traiter les infections bactériennes, en utilisant des protéines naturelles connues sous le nom de peptides antimicrobiens (AMP). Maintenant, Les scientifiques du MIT ont enregistré les premières images microscopiques montrant les effets mortels des AMP, dont la plupart tuent en perçant des trous dans les membranes cellulaires bactériennes.

Des chercheurs dirigés par la professeure du MIT Angela Belcher ont modifié un technique extrêmement sensible connue sous le nom de microscopie à force atomique (AFM) à grande vitesse pour leur permettre d'imager les bactéries en temps réel. Leur méthode, décrit dans l'édition en ligne du 14 mars de Nature Nanotechnologie , représente la première façon d'étudier des cellules vivantes à l'aide d'images à haute résolution enregistrées en succession rapide.

L'utilisation de ce type d'AFM à grande vitesse pourrait permettre aux scientifiques d'étudier comment les cellules réagissent à d'autres médicaments et à une infection virale, dit Belcher, le professeur Germeshausen de science et génie des matériaux et de génie biologique et membre de l'Institut Koch pour la recherche intégrative sur le cancer au MIT.

Il pourrait également être utile pour étudier la mort cellulaire dans les cellules de mammifères, comme la mort des cellules nerveuses qui survient chez les patients atteints de la maladie d'Alzheimer, dit Paul Hansma, professeur de physique à l'Université de Californie à Santa Barbara qui développe la technologie AFM depuis 20 ans. "Cet article est une avancée très significative dans l'imagerie de pointe des processus cellulaires, " dit Hansma, qui n'a pas participé à la recherche.

Grande vitesse

Microscopie à force atomique, inventé en 1986, est largement utilisé pour imager des matériaux à l'échelle nanométrique. Sa résolution (environ 5 nanomètres) est comparable à celle de la microscopie électronique, mais contrairement à la microscopie électronique, il ne nécessite pas de vide et peut donc être utilisé avec des échantillons vivants. Cependant, L'AFM traditionnel nécessite plusieurs minutes pour produire une image, il ne peut donc pas enregistrer une séquence d'événements se produisant rapidement.

Dans les années récentes, les scientifiques ont développé des techniques AFM à grande vitesse, mais ne les ont pas optimisés pour les cellules vivantes. C'est ce que l'équipe du MIT a décidé de faire, s'appuyant sur l'expérience de l'auteur principal Georg Fantner, un associé postdoctoral dans le laboratoire de Belcher qui avait travaillé sur l'AFM à grande vitesse à l'Université de Californie à Santa Barbara.

La microscopie à force atomique utilise un cantilever équipé d'une pointe de sonde qui "sent" la surface d'un échantillon. Les forces entre la pointe et l'échantillon peuvent être mesurées lorsque la sonde se déplace sur l'échantillon, révélant la forme de la surface. L'équipe du MIT a utilisé un porte-à-faux d'environ 1, 000 fois plus petits que ceux normalement utilisés pour l'AFM, ce qui leur a permis d'augmenter la vitesse d'imagerie sans nuire aux bactéries.

Les mesures sont effectuées en milieu liquide, un autre facteur critique dans le maintien de la bactérie en vie.

Avec la nouvelle configuration, l'équipe a pu prendre des images toutes les 13 secondes sur une période de plusieurs minutes après un traitement avec un AMP connu sous le nom de CM15. Ils ont découvert que la mort cellulaire induite par l'AMP semble être un processus en deux étapes :une courte période d'incubation suivie d'une « exécution » rapide. Ils ont été surpris de voir que le début de la période d'incubation variait de 13 à 80 secondes.

"Toutes les cellules n'ont pas commencé à mourir exactement au même moment, même s'ils étaient génétiquement identiques et exposés au peptide en même temps, ", dit Roberto Barbero, un étudiant diplômé en génie biologique et un auteur de l'article.

La plupart des PAM agissent en perforant les membranes cellulaires bactériennes, qui détruit l'équilibre délicat entre la bactérie et son environnement. D'autres semblent cibler les machines à l'intérieur de la cellule. Il y a eu un grand intérêt pour le développement des PAM en tant que médicaments qui pourraient compléter ou remplacer les antibiotiques traditionnels, mais aucun n'a encore été approuvé.

Jusqu'à il y a quelques années, on pensait que les bactéries ne pouvaient pas devenir résistantes à l'AMPS, mais des études récentes ont montré qu'ils le peuvent. Les nouveaux travaux du MIT pourraient aider les chercheurs à comprendre comment cette résistance se développe.