Environ 700, 000 personnes dans le monde meurent chaque année d'infections résistantes aux antibiotiques, y compris les souches de E. coli , Staphylocoque , et pneumonie. Et si les tendances actuelles se poursuivent, certaines prédictions disent que le nombre annuel de morts pourrait atteindre 10 millions d'ici 2050, dépassant le nombre de personnes tuées par tous les cancers combinés.

Particules microscopiques, fabriqué par ces mêmes bactéries résistantes aux antibiotiques, pourrait remplacer les antibiotiques traditionnels et apporter une solution à cette crise imminente, dit Thomas Webster, professeur de génie chimique à Northeastern.

Webster et ses collègues utilisent des bactéries pour produire des nanoparticules, particules métalliques d'une largeur comprise entre un et 100 nanomètres. (Un seul cheveu vaut environ 80, 000 nanomètres de large.) Les chercheurs ont découvert que ces nanoparticules sont particulièrement efficaces pour tuer le type de cellule utilisé pour les créer, y compris les souches de bactéries résistantes aux antibiotiques traditionnels.

"Ces particules fabriquées par des organismes vivants sont en fait meilleures que celles fabriquées par la chimie de synthèse, " dit Webster, qui est également titulaire de la chaire Art Zafiropoulo en ingénierie à Northeastern. "Ils peuvent cibler sélectivement les bactéries ou les cellules qui les ont fabriqués."

En raison de leur petite taille, les nanoparticules peuvent détruire les cellules en les étouffant de l'extérieur ou en perturbant les fonctions cellulaires de l'intérieur. Le plus dur est de s'assurer que les nanoparticules ne tuent que les cellules qu'elles sont censées tuer.

"Nous avons beaucoup de très bonnes bactéries dans notre corps, " Webster dit. "Vous voulez juste tuer les nuisibles."

Les nanoparticules sont généralement produites par synthèse, utilisant des réactions chimiques. Mais en nourrissant les bactéries ou autres cellules du bon composé chimique, les chercheurs ont pu utiliser les mécanismes internes d'une cellule pour synthétiser des nanoparticules à la place.

Bien que les chercheurs ne sachent pas pourquoi ces nanoparticules ciblent spécifiquement leurs créateurs, David Médine, un doctorant au laboratoire de Webster, dit que les bactéries peuvent identifier à tort les nanoparticules comme « amicales ».

Les cellules bactériennes sont capables de se reconnaître. Ils peuvent agir pour combattre quelque chose qui est enregistré comme étranger, mais ils peuvent coexister et coopérer avec les leurs. Quand les bactéries fabriquent des nanoparticules, ils les enrobent d'un mince halo de protéines. Cette couche de protéines peut inciter d'autres bactéries de la même espèce à les signaler comme « amicales » et à laisser les nanoparticules se rapprocher.

"Le revêtement naturel vient des bactéries, " dit Medina. " Ils le tirent à l'intérieur, pensant que c'est quelque chose de similaire à eux. Mais alors, ils trouvent une surprise."

A cause de cette tromperie, Medina appelle les nanoparticules des « chevaux de Troie nanométriques ». Et, comme cela arrive souvent en science, la découverte était un heureux accident.

Le laboratoire de Webster travaille avec des nanoparticules depuis deux décennies, il dit, mais comme la plupart des chercheurs, ils fabriquaient ces nanoparticules par chimie synthétique.

"Parfois dans ce processus, il faut utiliser des matières assez toxiques, " dit Webster. Lorsque Medina a commencé ses recherches doctorales en laboratoire, il voulait se concentrer sur des méthodes plus respectueuses de l'environnement. « Grâce aux efforts de David, nous sommes l'un des rares laboratoires vraiment pionniers dans ce domaine que nous appelons la nanomédecine verte, où vous utilisez soit des matériaux respectueux de l'environnement, soit des organismes vivants pour fabriquer des nanoparticules."

Les nanoparticules ont de nombreuses utilisations potentielles en médecine et dans d'autres domaines, mais Medina a décidé de voir si le sien serait capable de tuer les bactéries. Il a commencé à cultiver des colonies de cellules, mélanger des sels métalliques pour leur traitement, puis purifier les résultats en nanoparticules. Ensuite, il mélangerait ces nanoparticules avec une autre espèce de bactérie, pour voir si les nanoparticules pourraient les tuer.

Un jour, il a fait une erreur.

"J'étais vraiment fatiguée, " dit Medina. " Je préparais l'expérience, et au lieu de mélanger les nanoparticules avec une bactérie différente, Je les ai mélangés avec le même."

Les nanoparticules, qui n'avaient presque aucun effet sur les bactéries sur lesquelles il avait l'intention de les tester, efficacement tué les bactéries qui les ont créés.

"David a découvert que si nous programmons le SARM [une bactérie Staphylococcus résistante aux antibiotiques] pour fabriquer une nanoparticule, que la nanoparticule peut effectivement tuer sélectivement le SARM, " Webster dit. "Et nous voyons cela dans tout le spectre. Si vous avez pris une cellule de cancer du sein et que vous avez programmé cette cellule pour fabriquer une nanoparticule, cette nanoparticule est plus sélective pour tuer les cellules cancéreuses du sein que les cellules saines qui se trouvent dans votre corps. C'était totalement inattendu."

Cette découverte est devenue le centre de la thèse de doctorat de Medina, et pourrait fournir un moyen de lutter contre le nombre croissant d'infections résistantes aux antibiotiques. Les chercheurs envisagent également d'utiliser ces méthodes pour concevoir des traitements contre le cancer à base de nanoparticules.

"Tout ce que nous nous attendions à faire dans cet effort était de réduire le nombre de produits chimiques toxiques que nous utilisons pour fabriquer des nanoparticules, " dit Webster. " Mais nous avons fini par découvrir toute une famille de nanoparticules qui sont en fait plus efficaces pour faire ce que nous voulons qu'elles fassent :tuer les bactéries, ou tuer les cellules tumorales."