Une illustration montre comment des nanomachines motorisées déclenchées par la lumière forent des bactéries, faire un chemin pour les antibiotiques. Des expériences ont montré que la bactérie est redevenue sensible à l'antibiotique méropénème, auquel il avait développé une résistance. Crédit :Don Thushara Galbadage/Université Biola
Les foreuses moléculaires ont acquis la capacité de cibler et de détruire les bactéries mortelles qui ont développé une résistance à presque tous les antibiotiques. Dans certains cas, les forets rendent les antibiotiques à nouveau efficaces.
Chercheurs de l'Université Rice, Université A&M du Texas, L'Université Biola et l'Université de Durham (Royaume-Uni) ont montré que les molécules motorisées développées dans le laboratoire Rice du chimiste James Tour sont efficaces pour tuer les microbes résistants aux antibiotiques en quelques minutes.
"Ces superbactéries pourraient tuer 10 millions de personnes par an d'ici 2050, façon de dépasser le cancer, " dit Tour. " Ce sont des bactéries cauchemardesques; ils ne répondent à rien."
Les moteurs ciblent les bactéries et, une fois activé par la lumière, creuser à travers leurs extérieurs.
Alors que les bactéries peuvent évoluer pour résister aux antibiotiques en verrouillant les antibiotiques, les bactéries n'ont aucune défense contre les forets moléculaires. Les antibiotiques capables de traverser les ouvertures faites par les forets sont à nouveau mortels pour les bactéries.
Les chercheurs ont publié leurs résultats dans la revue American Chemical Society ACS Nano .
Tour et Robert Pal, un chercheur universitaire de la Royal Society à Durham et co-auteur du nouvel article, a introduit les forets moléculaires pour le perçage des cellules en 2017. Les forets sont des molécules en forme de palette qui peuvent être incitées à tourner à 3 millions de rotations par seconde lorsqu'elles sont activées par la lumière.
Une bactérie Klebsiella pneumoniae exposée à des nanomachines motorisées inventées à l'Université Rice et l'antibiotique méropénem montre des signes de dommages dans une image au microscope électronique à transmission. Les flèches jaunes montrent les zones de perturbations de la paroi cellulaire, tandis que la flèche violette montre où le cytoplasme s'est échappé de la cellule. Crédit :Don Thushara Galbadage/Texas A&M
Tests effectués par le laboratoire Texas A&M du scientifique principal Jeffrey Cirillo et de l'ancien chercheur de Rice Richard Gunasekera, maintenant chez Biola, efficacement tué Klebsiella pneumoniae en quelques minutes. Des images microscopiques de bactéries ciblées ont montré où les moteurs avaient percé les parois cellulaires.
"Les bactéries n'ont pas seulement une bicouche lipidique, " Dit Tour. "Ils ont deux bicouches et des protéines avec des sucres qui les relient, donc les choses ne traversent normalement pas ces parois cellulaires très robustes. C'est pourquoi ces bactéries sont si difficiles à tuer. Mais ils n'ont aucun moyen de se défendre contre une machine comme ces perceuses moléculaires, car il s'agit d'une action mécanique et non d'un effet chimique."
Les moteurs ont également augmenté la sensibilité de K. pneumonia au méropénème, un médicament antibactérien auquel la bactérie avait développé une résistance. "Parfois, quand la bactérie découvre un médicament, il ne le laisse pas entrer, " Dit Tour. " D'autres fois, les bactéries détruisent le médicament en le laissant entrer et en le désactivant."
Il a dit que le méropénem est un exemple du premier. « Maintenant, nous pouvons le faire passer à travers la paroi cellulaire, ", a déclaré Tour. "Cela peut insuffler une nouvelle vie à des antibiotiques inefficaces en les utilisant en combinaison avec les exercices moléculaires."
Gunasekera a déclaré que les colonies bactériennes ciblées avec une petite concentration de nanomachines à elles seules ont tué jusqu'à 17% des cellules, mais cela a augmenté à 65% avec l'ajout de méropénème. Après avoir encore équilibré les moteurs et l'antibiotique, les chercheurs ont réussi à tuer 94% de l'agent pathogène responsable de la pneumonie.
Une bactérie Klebsiella pneumoniae exposée à des nanomachines motorisées inventées à l'Université Rice et l'antibiotique méropénem montre des signes de dommages dans une image au microscope électronique à transmission. Les flèches jaunes montrent les zones de perturbations de la paroi cellulaire, la flèche violette indique où le cytoplasme s'est échappé de la cellule, et la flèche rouge montre une fuite cytoplasmique. Crédit :Don Thushara Galbadage/Texas A&M
Tour a déclaré que les nanomachines pourraient voir leur impact le plus immédiat dans le traitement de la peau, blesser, infections de cathéter ou d'implant causées par des bactéries, comme le staphylocoque doré SARM, klebsiella ou pseudomonas—et les infections intestinales. "Sur la peau, dans les poumons ou dans le tractus gastro-intestinal, partout où l'on peut introduire une source lumineuse, nous pouvons attaquer ces bactéries, " a-t-il dit. " Ou on pourrait faire circuler le sang à travers une boîte externe contenant de la lumière, puis de nouveau dans le corps pour tuer les bactéries véhiculées par le sang. "
"Nous sommes très intéressés par le traitement des infections des plaies et des implants dans un premier temps, " a déclaré Cirillo. "Mais nous avons des moyens de fournir ces longueurs d'onde de lumière aux infections pulmonaires qui causent de nombreux décès dus à la pneumonie, mucoviscidose et tuberculose, nous allons donc également développer des traitements contre les infections respiratoires. »
Gunasekera a noté que les bactéries transmises par la vessie qui causent des infections des voies urinaires peuvent également être ciblées.
L'article est l'un des deux publiés par le laboratoire Tour cette semaine qui font progresser la capacité des nanomachines microscopiques à traiter les maladies. Dans l'autre, qui apparaît dans Interfaces de matériaux appliqués ACS , des chercheurs de Rice et du MD Anderson Cancer Center de l'Université du Texas ont ciblé et attaqué des échantillons de laboratoire de cellules cancéreuses du pancréas avec des machines qui répondent à la lumière ultraviolette visible plutôt qu'à la lumière ultraviolette précédemment utilisée. "C'est une autre grande avancée, puisque la lumière visible ne causera pas autant de dommages aux cellules environnantes, ", a déclaré la tournée.
