Les bactéries magnétiques possèdent des capacités extraordinaires grâce aux nanoparticules magnétiques, les magnétosomes, qui sont concaténées à l’intérieur de leurs cellules. Une équipe de recherche de l'Université de Bayreuth a transféré la totalité des quelque 30 gènes responsables de la production de ces particules à des bactéries non magnétiques dans le cadre d'une vaste série d'expériences.
Cela a donné naissance à un certain nombre de nouvelles souches bactériennes désormais capables de produire des magnétosomes. Les résultats de la recherche présentés dans Nature Nanotechnology sont révolutionnaires pour la génération de cellules vivantes magnétisées, qui présentent un grand potentiel pour le développement de méthodes diagnostiques et thérapeutiques innovantes en biomédecine.
Sur la base d'études approfondies, les chercheurs ont initialement identifié 25 espèces de protéobactéries non magnétiques, de loin le domaine de bactéries le plus étendu, particulièrement adaptées au transfert de gènes et à l'étude de la formation de magnétosomes. Les propriétés biochimiques et la disponibilité de séquences génétiques spécifiques ont été des facteurs décisifs.
La magnétisation a réussi chez sept espèces :ces bactéries produisent continuellement des magnétosomes dans lesquels les cristaux de magnétite contenant du fer sont enchaînés d'une manière similaire à celle de la bactérie donneuse Magnetospirillum gryphiswaldense.
"En termes d'applications futures en biomédecine, il est particulièrement prometteur que deux espèces de bactéries que nous avons réussi à modifier génétiquement soient déjà largement utilisées en biotechnologie."
"Selon l'état actuel des recherches, ils sont bien compatibles avec les cellules humaines. Cela ouvre de nouvelles perspectives pour diverses applications biomédicales, par exemple pour le transport de principes actifs pharmaceutiques contrôlé par des microrobots, pour les techniques d'imagerie magnétique ou encore pour optimisations du traitement du cancer par hyperthermie", déclare la première auteure de la nouvelle étude, le Dr Marina Dziuba, associée de recherche au groupe de recherche en microbiologie de Bayreuth.
Les chercheurs de Bayreuth ont étudié plus en détail les magnétosomes produits par les nouvelles souches bactériennes transgéniques et ont ainsi identifié un certain nombre de facteurs qui pourraient être impliqués de manière causale dans la formation des magnétosomes.
La comparaison entre le génome de ces souches et le génome de ces bactéries génétiquement modifiées qui n'ont pas réussi à produire des magnétosomes a également conduit à des informations précieuses. De nombreuses preuves suggèrent que la formation de magnétosomes de souches bactériennes transgéniques est étroitement liée à leur capacité à photosynthétiser ou à s'engager dans des processus de respiration anaérobie indépendants de l'oxygène.
Dans l’ensemble, la nouvelle étude montre que ce ne sont pas un seul ou quelques gènes particuliers qui manquent aux bactéries transgéniques lorsqu’elles sont incapables de former des magnétosomes. Au contraire, le facteur décisif pour qu'ils synthétisent des magnétosomes après avoir reçu les groupes de gènes étrangers est une combinaison de certaines propriétés métaboliques et la capacité d'utiliser efficacement l'information génétique des gènes étrangers pour produire des protéines cellulaires.
"Notre étude montre que des recherches supplémentaires sont nécessaires pour comprendre en détail la biosynthèse des magnétosomes, identifier les obstacles à leur transfert et développer des stratégies pour les surmonter. Dans le même temps, nos résultats apportent un nouvel éclairage sur les processus métaboliques qui soutiennent la formation des magnétosomes. . Ils fournissent donc un cadre pour de futures recherches sur la manière de concevoir de nouvelles souches de bactéries magnétiques biocompatibles adaptées aux innovations biomédicales et biotechnologiques », explique le professeur Dirk Schüler, président de microbiologie à l'université de Bayreuth.
Lors de recherches antérieures, l'équipe de Bayreuth avait déjà réussi à introduire les gènes responsables de la formation des magnétosomes de la bactérie Magnetospirillum gryphiswaldense, un organisme modèle pour la recherche, dans le génome de bactéries non magnétiques. Cependant, dans quelques cas seulement, ce transfert de gènes a donné naissance à des bactéries génétiquement modifiées qui, à leur tour, ont commencé à former des magnétosomes.
On ne sait toujours pas quels facteurs pourraient influencer la production de magnétosomes par les bactéries transgéniques. Dans ce contexte, l'étude publiée aujourd'hui, à laquelle a également participé un partenaire de recherche de l'Université de Pannonie à Veszprém/Hongrie, donne un nouvel élan important à la magnétisation ciblée des cellules vivantes.
Plus d'informations : Dziuba, MV, Müller, FD., Pósfai, M. et al. Explorer la gamme d'hôtes pour le transfert génétique de la biosynthèse des organites magnétiques. Nanotechnologie naturelle (2023). DOI :10.1038/s41565-023-01500-5 www.nature.com/articles/s41565-023-01500-5
Informations sur le journal : Nanotechnologie naturelle
Fourni par l'Université de Bayreuth
