Guider et localiser des bactéries en les rendant magnétiques

Publié par Adrien le 25/10/2020 à 09:00
Source: CNRS INC
Les micro-organismes n'étant guère obéissants, des astuces sont nécessaires pour diriger leurs déplacements à volonté. Des chercheurs du laboratoire PASTEUR (CNRS/ENS/Sorbonne Université), de l'IMPMC (CNRS/MNHN/Sorbonne Université), de l'IBENS (ENS/CNRS/INSERM) et du CIRB (CNRS/Collège de France/INSERM) ont pour cela génétiquement modifié des bactéries Escherichia coli pour les rendre magnétiques, afin qu'elles se déplacent et se regroupent grâce à des aimants. Publiés dans la revue ACS Synthetic Biology, ces travaux offrent de nombreuses perspectives dans le domaine des biotechnologies.


Haut: microscopie électronique de nanoparticules d'oxyde (Un oxyde est un composé de l'oxygène avec un élément moins électronégatif, c'est-à-dire tous sauf le fluor. Oxyde...) de fer (Le fer est un élément chimique, de symbole Fe et de numéro atomique 26. C'est le métal de transition et le matériau...) au sein de bactéries Escherichia (Escherichia est un genre de bactéries de la famille des Enterobacteriaceae, qui colonise l'intestin de l'homme et d'autres animaux. L'espèce la plus répandue est E. Coli.) Coli. Bas: image par microscopie optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement électromagnétique et de ses relations avec la vision.) de l'accumulation de bactéries magnétiques exprimant des protéines fluorescentes rouges attirées par un aimant (Un aimant est un objet fabriqué dans un matériau magnétique dur, c’est-à-dire dont le champ rémanent et l'excitation coercitive sont grands...). © Aubry et al.

La bactérie (Les bactéries (Bacteria) sont des organismes vivants unicellulaires procaryotes, caractérisées par une absence de noyau et d'organites. La plupart des bactéries possèdent une paroi cellulaire glucidique, le...) intestinale Escherichia coli est une célébrité en biologie (La biologie, appelée couramment la « bio », est la science du vivant. Prise au sens large de science du vivant, elle recouvre une partie des sciences naturelles et de...). Bien connue des chercheurs et facile à manipuler, elle sert de bactérie modèle pour de très nombreuses études cherchant à comprendre les mécanismes de base du vivant. Elle est également devenue un organisme clé des biotechnologies, permettant ainsi la production industrielle de médicaments comme l'insuline (L'insuline (du latin insula, île) est une hormone peptidique sécrétée par les cellules β des îlots de Langerhans du pancréas. Elle a, avec le glucagon, un rôle majeur dans la...). Des chercheurs du laboratoire PASTEUR (CNRS/ENS/Sorbonne Université), de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical Physics est un tel institut.) de minéralogie, de physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général...) des matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.) et de cosmochimie (IMPMC, CNRS/MNHN/Sorbonne Université), de l'Institut de biologie de l'ENS (IBENS, ENS/CNRS/INSERM) et du Centre interdisciplinaire (Un travail interdisciplinaire intègre des concepts provenant de différentes disciplines.) de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension...) en biologie (CIRB, CNRS/Collège de France/INSERM) s'en sont ainsi servi pour obtenir un micro-organisme (Les micro-organismes ou microbes sont des organismes vivants microscopiques (invisible à l'œil nu) et qui ne peuvent donc être observés qu'à l'aide d'un microscope.) vivant contrôlé artificiellement par un champ magnétique (En physique, le champ magnétique (ou induction magnétique, ou densité de flux magnétique) est une grandeur caractérisée par la donnée d'une...). Une propriété qui permet de trier, guider et déplacer facilement les bactéries grâce à des aimants.

Pour y parvenir, les chercheurs ont modifié génétiquement Escherichia coli afin qu'elle produise de la ferritine. Cette protéine (Une protéine est une macromolécule biologique composée par une ou plusieurs chaîne(s) d'acides aminés liés entre eux par des liaisons peptidiques. En général, on parle de...) capture (Une capture, dans le domaine de l'astronautique, est un processus par lequel un objet céleste, qui passe au voisinage d'un astre, est retenu dans la gravisphère de ce dernier. La capture de l'objet...) et stocke, à l'intérieur de la bactérie, du fer ajouté dans le milieu de culture (La définition que donne l'UNESCO de la culture est la suivante [1] :) sous la forme de sels métalliques. Elle la protège également d'un excès de fer libre, qui lui serait fatal. Le métal (Un métal est un élément chimique qui peut perdre des électrons pour former des cations et former des liaisons métalliques ainsi que des liaisons ioniques dans le cas des métaux alcalins. Les...) ainsi stocké s'oxyde et forme une nanoparticule aux propriétés magnétiques. Plusieurs pistes d'applications ont été explorées. D'abord, des couples anticorps/antigènes ont été implantés à la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et est souvent abusivement confondu...) des bactéries, les rendant capables de capturer d'autres bactéries cibles et de les concentrer sous l'action d'un aimant. En exprimant des protéines d'invasion à la surface de bactéries magnétiques qu'ils ont ensuite guidées vers un site précis, les scientifiques ont aussi augmenté localement l'infection de cellules animales. Ces travaux, qui ont donné lieu au dépôt d'un brevet, s'inscrivent comme une première étape vers le contrôle (Le mot contrôle peut avoir plusieurs sens. Il peut être employé comme synonyme d'examen, de vérification et de maîtrise.) de micro-organismes pour du diagnostic (Le diagnostic (du grec δι?γνωση, diágnosi, à partir de δια-, dia-, „par, à travers, séparation, distinction“...) in vitro ou in vivo, ainsi que pour des agents de contraste en imagerie médicale (L'imagerie médicale regroupe les moyens d'acquisition et de restitution d'images à partir de différents phénomènes physiques...).

Référence:
Mary Aubry, Wei-An Wang, Yohan Guyodo, Eugénia Delacou, Jean-Michel Guignier, Olivier Espeli, Alice Lebreton, François Guyot, Zoher Gueroui.
Engineering E. coli for magnetic control and the spatial localization of functions.
ACS Synthetic Biology, 2020.
https://doi.org/10.1021/acssynbio.0c00286
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