La menace sans cesse croissante des « superbactéries » – des souches de bactéries pathogènes imperméables aux antibiotiques qui ont maîtrisé les générations précédentes – a contraint la communauté médicale à rechercher des armes bactéricides en dehors du domaine des médicaments traditionnels. Un candidat prometteur est le peptide antimicrobien (AMP), l'une des défenses les moins connues de Mère Nature contre les infections, qui tue un agent pathogène en créant, puis en expansion, pores de taille nanométrique dans la membrane cellulaire jusqu'à ce qu'elle éclate. Cependant, avant que ce phénomène puisse être exploité comme thérapie médicale, les chercheurs ont besoin de mieux comprendre comment les PAM et les membranes interagissent au niveau moléculaire.
Grâce à une nouvelle technique d'imagerie, une équipe de recherche dirigée par le National Physical Laboratory (NPL) du Royaume-Uni aide à acquérir des informations indispensables sur les processus physiques et chimiques fondamentaux qui se produisent lorsque les AMP se lient aux membranes et y forment des pores. La chef d'équipe, Paulina D. Rakowska, discutera des derniers aspects de ce travail lors du 60e Symposium et exposition internationaux AVS, qui se tiendra du 27 octobre au nov. 1, 2013, à Long Beach, Californie.
Il est difficile d'observer la formation de pores dans les membranes cellulaires vivantes par les PAM d'origine naturelle, car les chercheurs n'ont aucun contrôle sur les étapes du processus complexe. Dans de nombreux cas, les membranes de la cellule cible fuient, gonflent et se rompent avant que les pores individuels puissent se dilater suffisamment pour être examinés. Rakowska et ses collègues ont surmonté cet obstacle en combinant l'imagerie nanométrique via deux systèmes différents, simulation par ordinateur, un AMP fabriqué à partir de zéro (de novo), et des bicouches lipidiques fixées sur une surface solide (connues sous le nom de bicouche lipidique supportée ou SLB).
Avec la possibilité de tester spécifiquement où et comment le peptide de novo se lie au SLB, le processus de formation des pores est ouvert à l'observation directe. La microscopie à force atomique (AFM) fournit une imagerie topographique (structurelle) de la membrane traitée au peptide tandis que l'analyse chimique est effectuée avec une spectroscopie de masse à ions secondaires nanométriques à haute résolution (NanoSIMS).
"Les données des images AFM suggèrent que les membranes changent en raison de l'action des peptides et de la formation de pores, " dit Rakowska. " L'imagerie NanoSIMS réalisée sur les mêmes échantillons révèle l'emplacement précis des molécules peptidiques dans les membranes. "
Rakowska dit que ces observations fournissent la toute première preuve physique et visuelle de l'expansion des pores antimicrobiens de l'échelle nanométrique au micromètre jusqu'au point de désintégration complète de la membrane. "Nous pouvons maintenant postuler le mécanisme par lequel cela se produit, " explique-t-elle. " Nous pensons que les premiers AMP se liant à la membrane en " recrutent " activement d'autres pour faire de même, entraînant la formation de nombreux petits pores. Au fur et à mesure que ces pores se dilatent, ils finissent par conduire à la désintégration de la membrane et à la mort cellulaire."
L'équipe de recherche comprend des scientifiques du NPL, le London Centre for Nanotechnology, Collège universitaire de Londres, l'Université d'Oxford, l'Université d'Édimbourg, Université Freie Berlin et IBM. La dernière publication de l'équipe, "L'imagerie à l'échelle nanométrique révèle des pores antimicrobiens en expansion latérale dans les bicouches lipidiques, " est paru récemment dans les Actes de la National Academy of Sciences USA.
