Dans le dernier article du Geobacter Lab dirigé par le microbiologiste Derek Lovley de l'Université du Massachusetts Amherst, lui et ses collègues rapportent "une avancée majeure" dans la quête pour développer des nanofils de protéines électriquement conducteurs dans la bactérie Geobacter sulfurreducens pour une utilisation comme capteurs chimiques et biologiques. Les détails apparaissent dans le numéro actuel de la revue American Chemical Society, ACS Biologie Synthétique .

Les nanofils de protéines électriquement conducteurs trouvés dans Geobacter font l'objet d'études intenses dans son laboratoire depuis plusieurs années, Lovley note, car ils offrent de nombreux avantages par rapport aux nanofils de silicium et aux nanotubes de carbone coûteux qui nécessitent des produits chimiques toxiques et des processus à haute énergie pour être produits.

Par contre, Les nanofils de Geobacter peuvent être produits en masse de manière durable et cultivés avec des matières premières renouvelables. Ils nécessitent une faible consommation d'énergie - une estimation indique qu'il en coûte 100 fois moins d'énergie pour les produire que les nanofils de silicium - et ils peuvent être recyclés, note le microbiologiste. Les nanofils protéiques sont plus sensibles, plus mince et plus flexible que les fils de silicone, donc plus peut être emballé dans un espace plus petit, avec de meilleures capacités de détection. Ils sont également stables dans l'eau ou les fluides corporels, une caractéristique importante pour les applications biomédicales.

Loveley, qui a découvert les microbes conducteurs d'électricité dans la boue du fleuve Potomac il y a plus de 30 ans, dit, "Dans nos recherches précédentes, nous nous sommes concentrés sur le réglage de la conductivité des fils en modifiant le gène de la protéine que Geobacter assemble dans le fil. Nous avons maintenant une boîte à outils de fils parmi lesquels choisir avec une plage de conductivité un million. flexibilité pour la conception d'appareils électroniques."

"L'une des applications les plus prometteuses des nanofils protéiques est les capteurs biomédicaux et environnementaux, " explique-t-il. " Nous voulons concevoir le fil qui lie spécifiquement un produit biologique ou chimique d'intérêt. Lorsque cette molécule se lie au fil, ce sera évident comme un changement de signal électrique."

"Le prochain objectif était de voir si nous pouvions modifier les propriétés de surface des nanofils sans détruire leur conductivité, c'est ce que nous avons montré dans ce dernier document de preuve de concept, " Lovley souligne. Les études récentes de son laboratoire démontrent que des peptides jusqu'à 9 acides aminés de long peuvent être ajoutés au squelette d'acides aminés des nanofils, et le "décorer" avec encore plus de peptides est possible.

Les chercheurs ont testé deux scénarios de « décoration » de peptides différents, ainsi nommés parce que les peptides exposés le long de l'extérieur des fils sont comme de minuscules ampoules sur une guirlande de lumières de Noël. dit Loveley.

Ils ont d'abord construit une souche de G. sulfurreducens qui fabriquait des nanofils synthétiques décorés d'un "His-tag" à six histidines qui liait spécifiquement le nickel à la surface du fil. Ensuite, ils ont démontré la possibilité de produire des fils avec deux décorations, le His-tag et un « linker » à neuf peptides « HA-tag » exposés sur la surface externe. Ils ont également démontré que le nombre de décorations sur le fil pouvait être contrôlé en introduisant un circuit génétique pour contrôler l'expression du tag HA. Aucune étiquette n'a diminué la conductivité des fils, rapportent les auteurs.

Ces larges possibilités de modification des nanofils par des peptides, plus leur "vert, « les attributs durables sont prometteurs pour de nouvelles avancées, disent les chercheurs. Les propriétés des nanofils "peuvent désormais être facilement modifiées pour avoir de nouvelles fonctionnalités. Par exemple, comme nous le montrons dans le papier, les peptides peuvent être conçus pour lier spécifiquement des produits chimiques ou des produits biologiques d'intérêt, ce qui sera utile pour concevoir des capteurs à nanofils."