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"Les virus ’Nanobot’ peuvent repérer et rassembler les bactéries présentes dans les aliments et dans l’eau" par Carolyn Wilke

Traduction et compléments de Jacques Hallard
mercredi 18 avril 2018 par Wilke Carolyn


ISIAS Biologie
Les virus ’Nanobot’ peuvent repérer et rassembler les bactéries présentes dans les aliments et dans l’eau
Un nouvel outil pour tester les contaminants a été mis au point avec de l’ADN modifié, ajusté et avec l’addition de nanoparticules magnétiques

Ajout d’une sélection d’articles sur les nanorobots en médecine et dépollution
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Carolyn Wilke a été posté le 27 mars 2018 parhttps://www.sciencenews.org/Science news Microbiology, Chemistry, Health sous le titre « ‘Nanobot’ viruses tag and round up bacteria in food and water  » ; il est accessible sur ce site : https://www.sciencenews.org/article/nanobot-viruses-tag-and-round-bacteria-food-and-water?utm_source=email&amp ;utm_medium=email&utm_campaign=latest-newsletter-v2

[On peut supposer que ’Nanobot’ est dérivé de ‘nanorobot’ - D’après Wikipédia, « Un nanorobot ou nanite est un robot dont les composants sont à une échelle nanométrique (10−9 mètres), fabriqué grâce aux nanotechnologies émergentes. Plus particulièrement, la nanorobotique fait référence au domaine d’ingénierie qui s’intéresse à la conception et la construction des nanorobots, dont les dimensions varient entre 0,1 et 10 micromètres et qui ont des composants moléculaires ou à base d’ADN1. En général de telles machines sont à l’étape de recherche, mais quelques appareils moléculaires ont été mis à l’épreuve. Un exemple est un détecteur ayant un interrupteur de 1,5 nm de largeur, capable de compter des molécules précises dans un échantillon chimique. Les nanorobots pourraient trouver leur première application utile dans la médecine2, servant à repérer et anéantir des cellules cancéreuses3. Une autre application possible serait de détecter des produits chimiques toxiques dans l’environnement et mesurer leur concentration. L’université Rice a créé une voiture à molécule unique avec des buckminsterfullerènes en guise de roues, produite par un processus chimique. Une autre définition serait un robot capable d’interactions précises avec des objets microscopiques, ou capable d’effectuer des manipulations à l’échelle naine. De tels appareils appartiennent plutôt à la microscopie ou microscopie à sonde locale. Par conséquent, même un grand appareil, tel qu’un microscope à force atomique peut se considérer comme un outil nanorobotique lorsqu’il est configuré à effectuer des manipulations à l’échelle naine. Également, on peut ajouter à cette catégorie des robots de grande taille capables quand-même de bouger avec une telle précision… » Article complet à lire sur ce site : https://fr.wikipedia.org/wiki/Nanorobot ].

[Voir en annexe une sélection d’articles sur les nanorobots utilisabes en médecine et pour les dépollutions]

virus illustration

BACTERIA-HUNTING VIRUSES - Des virus chasseurs de bactéries - Les virus (dont un illustré au centre de cette photo) peuvent être manipulés pour transporter des nanoparticules magnétiques et de l’ADN modifié, en les transformant en ‘nanobots’ qui détectent les bactéries dans l’eau et dans les aliments. S. Nugen

NOUVELLE ORLÉANS - Les virus manipulés dans des « nanobots » peuvent repérer, retrouver et séparer les bactéries dans de la nourriture ou dans de l’eau.

Ces virus, appelés bactériophages ou seulement phages, se fixent naturellement sur les bactéries pour les infecter (SN : 7/12/03, p.26).

[D’après Wikipédia, « Un bactériophage, ou phage, est un virus n’infectant que des bactéries. En grec, phageton signifie nourriture/consommation. On les appelle également virus bactériens. Ce sont des outils fondamentaux de recherche et d’étude en génétique moléculaire. Les bactériophages servent entre autres de vecteurs de clonage et de transfert de gènes. Les bactériophages sont présents dans l’ensemble de la biosphère. En effet, ils sont présents partout, mais en quantité plus importante dans les excréments, le sol et les eaux d’égout. La découverte de l’activité des bactériophages se fait en 1915 par Frederick W. TwortLondres) qui remarque que des colonies de microcoques prennent parfois un aspect vitreux, dû à une destruction des cellules bactériennes, et que cette caractéristique est transmissible à des colonies normales par simple contact. Puis Félix d’Hérelle fait la même observation dans des selles de malades atteints de dysenterie bacillaire (maladie du côlon), isole les premiers phages, développe les premières applications thérapeutiques et commercialise les premiers médicaments bactériophagiques. Le support de l’information génétique (génome) des bactériophages peut être un ADN ou un ARN. Dans les années 1940-1960, les travaux effectués sur les bactériophages ont permis de faire de nombreuses avancées dans le domaine de la biologie moléculaire (avancées portées par Max Delbrück, dans le cadre du « groupe phage ») et ont notamment permis de découvrir que les acides nucléiques constituaient le support de l’information génétique (expérience de Hershey-Chase en 19521)… »

Schéma d’un nanorobot d’après les travaux de Waquar Ahmad (2011). Article complet sur https://fr.wikipedia.org/wiki/Bact%C3%A9riophage ].

En ajustant l’ADN des phages et en les décortiquant avec des nanoparticules magnétiques, les chercheurs ont créé un outil capable à la fois de corroder les bactéries et de les forcer à se révéler. Ces modifications peuvent augmenter la sensibilité et la vitesse d’élimination des bactéries dans les aliments pollués ou dans l’eau contaminée, ont rapporté des chercheurs le 20 mars 2018 lors de la réunion annuelle de l’American Chemical Society.

’Vous prenez le pouvoir de ce que l’évolution a fait ... pour lier les bactéries, et ensuite nous aidons juste un peu’, a déclaré Sam Nugen, un ingénieur travaillant sur les aliments et les biosystèmes, qui dirige l’équipe de conception de ces phages à ‘Cornell University’ .

Les technologies concurrentes pour détecter les bactéries utilisent des anticorps, le produit d’une réponse immunitaire. Mais ceux-ci sont chers à produire et fonctionnent mieux dans une plage étroite de température et de pH. En revanche, les phages ’existent partout’, ce qui les rend potentiellement plus largement utiles en tant que chasseurs de bactéries, a déclaré Nugen. ’Ils ont dû évoluer pour bien se lier dans des conditions beaucoup plus larges que les anticorps.’

Les phages identifient et attrapent les bactéries en utilisant des protéines sur les fibres de leur queue, qui forment une liaison forte avec des composés présents sur la surface des cellules bactériennes. Pour infecter la cellule, le phage injecte son matériel génétique. Cela détourne la cellule, forçant sa machinerie à reproduire des clones de phages.

Nugen et ses collaborateurs ont programmé des phages pour marquer les bactéries E. coli. Les phages manipulés par l’équipe de chercheurs, contenaient de l’ADN supplémentaire qui indiquait aux bactéries de fabriquer une enzyme facilement détectable. Lorsque l’infection a provoqué la rupture des cellules bactériennes et la libération des nouveaux phages, une réaction chimique impliquant l’enzyme a produit un signal mesurable : lumière, couleur ou courant électrique. Par exemple, les phages exposés à E. coli dans le lait et dans le jus d’orange, donnent des liquides rouges ou roses.

Les chercheurs ont également chargé les phages avec des nanoparticules avec un noyau de fer et de cobalt magnétique. Une fois que les phages se sont accrochés aux bactéries, les chercheurs ont pu utiliser un aimant pour capturer les bactéries avant même que celles-ci ne se soit rompues et qu’elles aient annoncé leur présence. Cela a permis aux chercheurs de détecter de faibles concentrations de bactéries : moins de 10 cellules de E. coli dans une demi-tasse d’eau. Les méthodes conventionnelles font croître les colonies de bactéries dans des colonies pour les dtecter, ce qui peut prendre jusqu’à deux jours. Mais en utilisant les phages, Nugen et ses collègues ont ignoré cette étape et ils ont trouvé les cellules en quelques heures seulement.

L’utilisation de phages pour la séparation magnétique serait ’très bien pour les échantillons alimentaires et environnementaux car ils ont tendance à être vraiment sales’, explique Michael Wiederoder, un bio-ingénieur du Centre de recherche, de développement et d’ingénierie Natick Soldier de l’US Army. Le sel, le sucre et les graisses dans les aliments peuvent ralentir les réactions des tests basés sur les anticorps, a-t-il dit.

De plus, les phages n’infectent que les bactéries capables de se reproduire, ce qui permet aux testeurs de faire la différence entre les cellules vivantes et celles qui sont tuées par les antibiotiques, la chaleur ou le chlore. Avec de la nourriture, ’si les bactéries sont vivantes ou mortes font la différence entre vous rendre malade ou no ’, a déclaré Wiederoder.

Les nanobots pourraient également s’avérer utiles pour le sang ou d’autres échantillons humains. Là, les phages fourniraient un moyen de trouver des bactéries résistantes laissées en vie après un traitement avec des antibiotiques.

Le prochain défi sera de bricoler avec les phages pour affiner les bactéries qu’ils recherchent. Dans la nature, les phages se nourrissent d’espèces spécifiques. Mais dans le domaine alimentaire, il peut être utile de détecter plusieurs délinquants communs, tels que E. coli, Salmonella et Listeria, et avoir une plus grande discrimination pour ne trouver que les E. coli pathogènes et laisser le reste.

Citations

T. Hinckley et al. Development of phage-based nanobots for the recognition, separation and detection of bacterial pathogens. 255th American Chemical Society National Meeting, New Orleans, March 20, 2018.

J. Chen et al. Lyophilized engineered phages for Escherichia coli detection in food matrices. ACS Sensors. Vol. 2. October 2017, p. 1573. doi : 10.1021/acssensors.7b00561

J. Chen et al. Bacteriophage-based nanoprobes for rapid bacteria separation. Nanoscale. Vol. 7. August 2015, p. 16230. doi : 10.1039/c5nr03779d

Further Reading Lectures complémentaires

T.H. Saey. The vast virome. Science News. Vol. 185, January 2, 2014, p. 18.

J. Travis. All the world’s a phage. Science News. Vol. 164, July 7, 2003, p. 26.

J. Travis. Viruses stop antibiotic resistant bacteria. Science News. Vol. 161, January 20, 2002, p. 22.

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Traduction, compléments entre […]. accès à des articles sur les nanorobots en médecine et dépollution, ainsi que l’intégration de liens hypertextes

par Jacques HALLARD, Ingénieur CNAM, consultant indépendant - 22/03/2018

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