Une équipe de scientifiques russes travaillant en coopération avec des collègues internationaux a utilisé une nouvelle méthode combinant des observations microscopiques visuelles et un enregistrement du spectre de photoémission qui peut être utilisé pour créer une carte de l'état physique et chimique d'une surface cellulaire. L'équipe a étudié les cellules du bacille du côlon Escherichia coli qui sont un matériau prometteur pour le développement de technologies proches de la nature. L'étude a été financée par une subvention de la Fondation scientifique russe, et l'article à ce sujet a été publié dans le Résultats en Physique journal.

Les études d'objets ressemblant à la nature sont un domaine scientifique en développement actif basé sur l'utilisation de matériaux biologiques. Entre autres, il comprend des technologies pour le développement de constructions nanométriques à base de macromolécules biologiques :ADN, capsules de protéines et conjugueurs, et des complexes nucléoprotéiques. Cependant, pour créer de telles structures, les scientifiques doivent comprendre comment un système biologique fonctionne dans son ensemble, et aussi de disposer de technologies permettant une telle construction, composition et réglage fin de la structure.

L'un des meilleurs sujets pour le développement de ces technologies sont les cellules du bacille du côlon E. coli qui peut être facilement cultivé dans des conditions de laboratoire. Les bactéries produisent des protéines de type ferritine appelées Dps. L'une de leurs fonctions principales dans une cellule est l'accumulation de différents composés de fer (de forme fixe et d'une taille ne dépassant pas 5 nm) à l'intérieur du globule protéique. De telles molécules peuvent être obtenues en utilisant une méthode d'extraction longue et relativement assez coûteuse avec différents moyens de fractionnement. Alternativement, les E. coli les cellules elles-mêmes peuvent fonctionner comme une usine de production contrôlée, formation, transport, et la distribution de ces protéines avec des noyaux inorganiques. Cependant, les questions d'état physique et chimique des composés du fer, ainsi que leur constriction atomique et électronique locale au sein des cellules bactériennes et sur leurs surfaces restent ouvertes. Actuellement, il n'existe pas de méthodes expérimentales directes universelles suffisamment précises et chimiquement sensibles pour l'étude des microparticules à la surface des structures biologiques (par exemple les cellules).

Une équipe de scientifiques de l'Université d'État de Voronej et leurs collègues (y compris des représentants de l'Université fédérale de la Baltique Immanuel Kant) ont été les premiers à étudier les cellules bactériennes à l'aide de la méthode de microscopie électronique à photo-émission (PEEM). Il a permis aux chercheurs d'observer visuellement des individus E. coli cellules et éventuellement d'étudier l'état physique et chimique de leurs surfaces. L'équipe a confirmé que le PEEM était qualitativement applicable pour ce type de recherche.

« Une équipe de l'Université d'État de Voronej, avec le soutien de la Fondation scientifique russe, a utilisé un ensemble de méthodes de recherche à haute résolution, notamment la spectroscopie photoélectronique aux rayons X et la microscopie électronique à balayage, qui ont confirmé l'efficacité de l'approche utilisée. Les résultats présentés par le groupe sont valables. un espoir pour une utilisation plus large du PEEM pour la bio-imagerie d'objets cellulaires avec des nanoparticules inorganiques intégrées. PEEM peut être utilisé pour cartographier les inclusions inorganiques à la surface des cellules, c'est-à-dire pour obtenir des informations sur quels atomes et dans quel état sont localisés sur la membrane d'une cellule bactérienne à l'échelle microscopique. La technique de spectroscopie photoélectronique à rayons X a été appliquée avec l'utilisation du rayonnement synchrotron de l'anneau de stockage de l'Institut de recherche Kurchatov, " a déclaré le chef de projet, Professeur agrégé Sergueï Turishchev.

« À l'avenir, nous prévoyons d'augmenter le pouvoir de résolution de cette approche afin de pouvoir obtenir des données précises sur la surface de cellules individuelles ou même sur des zones spécifiques de celles-ci. De plus, nous aimerions envisager l'application de cette méthode non seulement aux cellules bactériennes avec des membranes assez résistantes, mais aussi aux cellules eucaryotes, " a commenté Sergueï Antipov, Professeur agrégé et responsable du groupe de sciences Biophysique moléculaire et bionanotechnologies à la Faculté des sciences de la vie, Université fédérale de la Baltique Immanuel Kant.