Images 3D montrant des bactéries (vert) à l'intérieur d'une matrice de biofilm (rouge) avec traitement nanozyme (droite) et sans traitement nanozyme (gauche). Le nanozyme tue les bactéries et inhibe la formation de biofilm Crédit :Kritika Khulbe et Kapudeep Karmakar
Dans une percée significative dans la lutte contre la résistance aux antibiotiques, une équipe de recherche de l'Institut indien des sciences (IISc) a synthétisé un nanomatériau qui imite une enzyme et peut désintégrer les membranes cellulaires d'une gamme de bactéries pathogènes. L'étude, publié dans la revue ACS Bio Matériaux Appliqués, est une collaboration entre des chercheurs du Département de Chimie Inorganique et Physique (IPC) et du Département de Microbiologie et Biologie Cellulaire (MCB).
La découverte des antibiotiques a révolutionné le domaine de la médecine. Dans les années 1960, de nombreux experts de la santé pensaient même que la lutte contre les maladies infectieuses en était à sa phase finale. Cependant, Les dernières décennies ont vu un nouveau défi :l'évolution de la résistance aux antibiotiques chez les bactéries pathogènes.
Les antibiotiques agissent généralement en interférant avec les activités cellulaires des bactéries. Sur plusieurs générations, grâce en grande partie à l'abus et à l'abus d'antibiotiques, plusieurs bactéries ont développé une résistance aux antibiotiques en produisant leurs propres enzymes qui ciblent les médicaments.
Les membranes cellulaires de tous les organismes, y compris les bactéries, ont deux couches de lipides contenant des molécules de phosphate. "Le phospholipide est un composant essentiel de la membrane cellulaire, " explique Kapudeep Karmakar, un ancien Ph.D. étudiant à MCB et le premier auteur conjoint de cet article avec Kritika Khulbe, ancien doctorat Étudiant à l'IPC. Par conséquent, les chercheurs ont décidé de cibler ces phospholipides à l'aide de nanomatériaux qui rompraient les liaisons qui maintiennent la bicouche membranaire ensemble. Ces nanomatériaux sont appelés nanozymes. Selon les auteurs, puisque les nanozymes ciblent directement l'intégrité chimique des phospholipides pour détruire la membrane cellulaire, les bactéries sont moins susceptibles de développer une résistance contre elles.
Images de microscopie confocale montrant l'ADN bactérien (magenta) et la membrane cellulaire (vert) dans une cellule bactérienne normale (à gauche). L'ADN suinte des cellules bactériennes lorsqu'il est traité avec du nanozyme (à droite) qui perturbe la membrane cellulaire. Crédit :Kritika Khulbe et Kapudeep Karmakar
Pour développer ce nouveau composé, l'équipe a synthétisé un nanozyme à base d'oxyde de cérium en utilisant ce que l'on appelle une méthode de co-précipitation chimique. A l'étape suivante, ils ont réalisé une réaction entre l'oxyde de cérium et le polyacrylate de sodium dans une solution basique pour enrober les nanoparticules de polymères. Le revêtement polymère permet au nanozyme de se disperser sur n'importe quelle surface ou matériau et augmente son activité.
Le nanomatériau a ensuite été testé en laboratoire sur plusieurs bactéries potentiellement pathogènes telles que Salmonelle Typhi, Shigella flexneri , Escherichia coli , Vibrio cholerae et Klebsiella pneumoniae , qui causent la typhoïde, gastro-entérite, dysenterie, respectivement le choléra et la pneumonie. Ce que l'équipe a découvert, c'est que le nanozyme a arrêté leur croissance et a par la suite inhibé la formation de biofilm, une communauté de bactéries densément peuplée.
"La plupart des antibiotiques ne sont pas capables de pénétrer à travers les biofilms. Nos nanomatériaux ont pu pénétrer même un vieux de 10 jours, biofilm bien développé et a montré une activité antibactérienne à l'intérieur du biofilm en raison de sa petite taille, " dit Khulbe.
Les chercheurs ont également testé le nanozyme sur des cathéters urinaires. Ces dispositifs médicaux sont vulnérables à la formation de biofilm pathogène à leurs surfaces, entraînant des infections chez les patients. En laboratoire, l'équipe a découvert que la fixation bactérienne à la surface du cathéter réduit considérablement le traitement avec le nanozyme. Parce que le nanozyme ne fait pas la distinction entre les cellules humaines et microbiennes, les chercheurs n'ont revêtu stratégiquement que la surface interne du cathéter pour tuer les microbes. Afin d'utiliser leur nanomatériau dans d'autres dispositifs médicaux, des recherches supplémentaires seraient nécessaires pour s'assurer qu'il n'y a pas de contact entre les cellules humaines et les nanozymes.
