La connaissance des bactéries magnétique pourrait guider la recherche sur les nanorobots médicaux Understand article

Traduit par Cécile Petit Au-delà des cinq sens : certaines bactéries ont la capacité de détecter des champs magnétiques. Découvrez comment elles font cela et comment cela pourrait nous aider à concevoir des nanorobots. 

Un exemple de bactérie
magnétotactique, avec son
magnétosome représenté en
orange.

VariousCC BY-SA 3.0 

Les bactéries magnétotactiques (BMT) sont des microorganismes aquatiques répandus capable de s’orienter le long de champs magnétiques.. La navigation magnétique des BMT est possible grâce aux magnétosomes, des structures membranaires contenant des nanoparticules magnétiques que les bactéries minéralisent à partir de leur environnement. Ces magnétosomes sont organisés en chaînes qui agissent comme l’aiguille d’une boussole afin de permettre aux bactéries de s’orienter par rapport au champ magnétique terrestre. Ceci leurs permet de se déplacer pour trouver leur nourriture à travers des sédiments stratifiés chimiquement ou par redox et/ou des colonnes d’eau, et ce en utilisant le champ magnétique terrestre. Ce comportement inhabituel les rend extrêmement intéressantes à étudier de façon à améliorer notre compréhension du biomagnétisme et potentiellement exploiter leurs capacités pour les technologies futures, telles que les nanorobots médicaux.

Une collaboration internationale de chercheurs de l’Université du Pays Basque, de l’Université de Cantabrie et de l’Institut Laue Langevin (ILL) a étudié l’organisation précise des magnétosomes et leurs géométries dans la souche BMT Magnetospirillum gryphiswaldense. La diffusion de neutrons aux petits angles (SANS) est une technique reposant sur un instrument doté d’un mode de faisceaux de neutrons polarisés, ce qui a permis aux chercheurs d’analyser à la fois les composants structurels et l’agencement magnétique des magnétosomes – ceci est possible parce que les neutrons interagissent avec les deux. Les magnétosomes et les bactéries magnétotactiques sont d’excellents candidats pour de nombreuses applications, allant du diagnostic biomédical aux traitements de cancers par hyperthermie. Déterminer la configuration magnétique de la chaîne de magnétosomes est d’une importance capitale pour toutes les applications futures ; bien qu’il soit difficile de sonder directement. La diffusion neutronique aux petits angles résolue par le spin des neutrons (ou leur « polarisation ») est l’un des rares outils pouvant être utilisés pour étudier les nanoparticules à l’échelle appropriée.

Une image de microscopie électronique d’une bactérie magnétotactique, montrant le magnétosome. Celui-ci ressemble à une chaîne sombre de perles à l’intérieur de la bactérie. On peut aussi observer un modèle du magnétosome avec sa chaîne hélicoïdale de nanoparticules magnétiques (jaune). La version agrandie de ce modèle montre les forces qui déterminent la structure hélicoïdale du magnétosome : les flèches noires indiquent la direction de la chaîne, les lignes pointillées blanches et les flèches rouges indiquent le moment magnétique des particules, la flèche bleue montre la force magnétique agissant sur les particules, et la bobine verte montre la force de récupération élastique d’équilibrage des protéines bactériennes.
ILL

En utilisant SANS, les chercheurs ont acquis de nouvelles connaissances sur la structure de la chaîne du magnétosome, précédemment observée comme étant courbée. Un sondage neutronique a permis une exploration plus poussée. Il en est ressorti que les courbures n’ont pas d’incidence sur la direction du moment magnétique net, mais qu’elles peuvent provoquer une déviation du moment magnétique des différentes nanoparticules de 20 degrés par rapport à l’axe de la chaîne. Une fois cette déviation prise en compte, le jeu des interactions dipolaires magnétiques entre les nanoparticules et le mécanisme d’assemblage actif mis en œuvre par les protéines bactériennes explique pourquoi les chaînes prennent une forme hélicoïdale : il s’agit tout simplement de l’agencement de moindre énergie pour les nanoparticules magnétiques.

Ces résultats, publiés dans la revue Nanoscale, permettent de mieux comprendre comment le comportement de la chaîne pourrait avoir un impact sur les applications des BMT. Cela pourrait guider le développement de nanorobots biologiques, qui pourraient administrer des médicaments ou effectuer des interventions chirurgicales mineures à l’intérieur du corps humain. La chaîne de magnétosomes de la bactérie pourrait ainsi fournir un mouvement directionnel dans le système de direction(navigation ?) Dans ce cas, la conformation de la chaîne serait essentielle pour qu’elle fonctionne correctement et se déplace à travers le corps. Les nanorobots permettraient d’effectuer des procédures médicales -invasives à minima, soulageant les patients du traumatisme causé par la chirurgie intrusive.

Dirk Honecker, scientifique à l’ILL au moment de l’expérience et maintenant à ISIS Neutron and Muon Source, a déclaré : « La diffusion de neutrons est un outil précieux pour examiner plus en détails ces magnétosomes et d’autres matériaux. Notre instrument de neutrons à petits angles D33, avec sa capacité de faisceau polarisé, nous permet d’analyser les interactions magnétiques ainsi que les structures nanométriques, et ce grâce au moment magnétique des neutrons. Avec ces nouvelles informations, nous faisons un pas de plus vers l’exploitation du potentiel de ces nanostructures étonnantes produites par la nature. Parmi les applications les plus passionnantes figurent celles médicales – la minuscule boussole contenue dans les bactéries pourrait être utilisée pour naviguer dans le corps humain et guider les nanorobots pour qu’ils accomplissent des tâches dans des organes ou des membres spécifiques. »

Acknowledgements

Cet article provient de ILL News.

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