Un modèle moléculaire d'un nanofeuillet peptoïde qui montre des structures en boucle dans les sucres (orange) qui se lient à la toxine Shiga (représentée par une structure liée à cinq couleurs en haut à droite). Crédit :Berkeley Lab
Les chercheurs ont mis au point un procédé pour créer des ultraminces, des feuilles auto-assemblées de matériaux synthétiques qui peuvent fonctionner comme du papier mouche design en se liant sélectivement aux virus, bactéries, et d'autres agents pathogènes.
De cette façon, la nouvelle plate-forme, développé par une équipe dirigée par des scientifiques du Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) du département américain de l'Énergie, pourrait potentiellement être utilisé pour inactiver ou détecter des agents pathogènes.
L'équipe, qui comprenait également des chercheurs de l'Université de New York, créé les nanofeuillets synthétisés à la fonderie moléculaire de Berkeley Lab, un centre scientifique à l'échelle nanométrique, hors de l'auto-assemblage, polymères bio-inspirés appelés peptoïdes. L'étude a été publiée plus tôt ce mois-ci dans la revue ACS Nano .
Les feuilles ont été conçues pour présenter des sucres simples d'une manière modelée le long de leurs surfaces, et ces sucres, à son tour, se sont avérés se lier sélectivement à plusieurs protéines, dont un associé à la toxine de Shiga, qui provoque la dysenterie. Parce que l'extérieur de nos cellules est plat et couvert de sucres, ces nanofeuilles 2D peuvent imiter efficacement les surfaces cellulaires.
"Ce n'est pas seulement un 'serrure et une clé' - c'est comme du velcro, avec un tas de petites boucles qui convergent ensemble vers la protéine cible, " a déclaré Ronald Zuckermann, un scientifique de la Molecular Foundry qui a dirigé l'étude. "Maintenant, nous pouvons imiter une caractéristique à l'échelle nanométrique qui est omniprésente en biologie."
Modèle imprimé en 3D d'un nanofeuillet peptoïde, montrant des rangées de sucres à motifs. Crédit :Berkeley Lab
Il a noté que de nombreux agents pathogènes, du virus de la grippe à la bactérie du choléra, se lier aux sucres à la surface des cellules. Donc, en choisissant les bons sucres pour se lier aux nanofeuillets peptoïdes, dans les bonnes répartitions, peuvent déterminer quels agents pathogènes seront attirés vers eux.
"La chimie que nous faisons est très modulaire, " a ajouté Zuckermann. " Nous pouvons 'cliquer sur' différents sucres, et les présenter sur un support bien défini, surface plane. Nous pouvons contrôler à quel point ils sont éloignés les uns des autres. Nous pouvons le faire avec à peu près n'importe quel sucre."
La plate-forme peptoïde est également plus robuste et stable par rapport aux biomolécules naturelles, il a dit, il peut donc potentiellement être déployé sur le terrain pour des tests de bioagents par le personnel militaire et les secouristes, par exemple.
Et les peptoïdes - un analogue des peptides en biologie qui sont des chaînes d'acides aminés - sont des polymères bon marché et faciles à fabriquer.
"L'information chimique qui ordonne aux molécules de s'assembler spontanément dans les feuilles enrobées de sucre est programmée dans chaque molécule lors de sa synthèse, " Zuckermann a déclaré. "Ce travail démontre notre capacité à concevoir facilement des nanostructures biomimétiques sophistiquées par le contrôle direct de la séquence polymère."
Un modèle de ruban 3-D représentant une sous-unité protéique de la toxine de Shiga. La toxine produite par les bactéries provoque la dysenterie chez l'homme. Crédit :Wikimedia Commons
Les nanofeuillets enrobés de sucre sont fabriqués dans une solution liquide. Zuckermann a déclaré que si les nanofeuillets sont utilisés pour protéger une personne contre l'exposition à un agent pathogène, il pourrait envisager l'utilisation d'un spray nasal contenant les nanofeuillets liant les agents pathogènes.
Les nanofeuillets pourraient également potentiellement être utilisés dans des nettoyages environnementaux pour neutraliser des toxines et des agents pathogènes spécifiques, et les feuilles pourraient potentiellement être mises à l'échelle pour cibler des virus comme Ebola et des bactéries comme E. coli, et d'autres agents pathogènes.
Dans la dernière étude, les chercheurs ont confirmé que les liaisons avec les protéines ciblées étaient réussies en incorporant un colorant fluorescent dans les feuilles et en fixant un autre colorant fluorescent sur les protéines cibles. Un changement de couleur a indiqué qu'une protéine était liée à la nanofeuille.
L'intensité de ce changement de couleur peut également guider les chercheurs pour les améliorer, et découvrir de nouvelles nanofeuillets qui pourraient cibler des agents pathogènes spécifiques.
