Une beauté inattendue et un pouvoir antimicrobien majeur augmentent à mesure que les phages se transforment en formes de fleurs surprenantes

Un groupe de chercheurs de McMaster qui travaillent régulièrement avec des bactériophages – des virus qui mangent des bactéries – ont eu une surprise agréable et potentiellement très importante en préparant des lames à visualiser sous un microscope puissant.

Après avoir traité des échantillons de ce que l’on appelle officieusement phages afin qu’ils puissent être observés vivants au microscope électronique, les chercheurs ont été surpris de constater qu’ils s’étaient réunis pour former des formes tridimensionnelles qui ressemblent à des tournesols, mais d’un diamètre de seulement deux dixièmes de millimètre.

Avec un peu d’incitation, la nature a mis au point le type même de structure que les experts dans leur domaine tentent de construire artificiellement depuis des décennies – une structure qui s’avère 100 fois plus efficace que les phages non liés pour trouver des cibles bactériennes insaisissables.

Être capable de créer de telles structures ouvre des possibilités pour la détection et le traitement de nombreuses formes de maladies, toutes utilisant des matériaux et des processus naturels, affirment les chercheurs.

Leur travail est expliqué dans un article récemment publié dans la revue Matériaux fonctionnels avancés.

La découverte initiale était un heureux accident résultant du travail quotidien en laboratoire.

Plutôt que d’exposer les échantillons de phages à des processus de préparation typiques, qui impliquent des températures ou des solvants qui tuent les virus, l’auteur principal Lei Tian et ses collègues ont choisi de les traiter avec du dioxyde de carbone à haute pression. Tian, ​​aujourd’hui chercheur principal à l’Université du Sud-Est en Chine, a dirigé la recherche alors qu’il était doctorant. étudiant et plus tard chercheur postdoctoral à McMaster.

Alors que les chercheurs sont habitués à voir des virus microscopiques faire des choses étonnantes, après le traitement, ils ont été stupéfaits de constater que les phages s’étaient regroupés sous des formes aussi complexes, naturelles et très utiles.

« Nous essayions de protéger la structure de ce virus bénéfique », explique Tian. « C’était le défi technique que nous essayions de relever. Ce que nous avons obtenu, c’est cette structure étonnante, créée par la nature elle-même. »

Les chercheurs ont capturé des images des formations en utilisant les installations du Centre canadien de microscopie électronique, situé à McMaster, et ont passé les deux dernières années à débloquer le processus et à montrer comment les nouvelles structures peuvent servir à des fins très utiles en science et en médecine.

« C’était une découverte accidentelle », explique l’auteur correspondant de l’article, Tohid Didar, ingénieur en mécanique et titulaire de la Chaire de recherche du Canada sur les nanobiomatériaux. « Lorsque nous les avons sortis de la chambre à haute pression et avons vu ces belles fleurs, cela nous a complètement époustouflé. Il nous a fallu deux ans pour découvrir comment et pourquoi cela s’est produit et a ouvert la porte à la possibilité de créer des structures similaires avec d’autres protéines. à base de matériaux. »

Ces dernières années, les chercheurs du laboratoire de l’auteure principale Zeinab Hosseinidoust, ingénieure chimiste et biomédicale titulaire de la Chaire de recherche du Canada en bioingénierie des bactériophages, ont fait des progrès importants dans la recherche sur les phages en permettant aux virus bénéfiques de se connecter ensemble comme un tissu vivant et microscopique, et même pour former un gel visible à l’œil nu, ouvrant ainsi de nouvelles perspectives pour leur application, notamment dans la détection et la lutte contre les infections.

Cependant, avant la découverte la plus récente, il n’était pas possible de donner au matériau la forme et la profondeur qu’il possède aujourd’hui à travers les rides, les pics et les crevasses des structures en forme de fleur.

« Il s’agit vraiment de construire avec la nature », déclare Hosseinidoust. « Ce type de structure magnifique et ridée est omniprésent dans la nature. Les propriétés mécaniques, optiques et biologiques de ce type de structure ont inspiré les ingénieurs pendant des décennies à construire artificiellement ce type de structures, dans l’espoir d’obtenir le même type de propriétés. eux. »

Maintenant qu’ils ont déclenché une telle transformation et réussi à reproduire le processus, les chercheurs s’émerveillent de l’efficacité collective obtenue par les phages en s’unissant et en prenant de telles formes, et ils explorent les moyens d’utiliser les mêmes propriétés.

Les structures poreuses de phages ressemblant à des fleurs sont 100 fois meilleures que leurs homologues non liées pour trouver des cibles dispersées et diffuses, même dans des environnements complexes, un fait que les auteurs ont pu prouver en les mélangeant avec des DNAzymes créés par leurs collègues de la recherche sur les maladies infectieuses et en utilisant les formations ressemblant à des fleurs pour trouver de faibles concentrations de bactéries Legionella dans l’eau des tours de refroidissement commerciales.

Les bactériophages réapparaissent comme traitements contre de nombreuses formes d’infection, car ils peuvent être programmés pour cibler des bactéries spécifiques tout en laissant les autres tranquilles.

Les travaux dans ce domaine ont cessé après l’introduction de la pénicilline au milieu du siècle dernier, mais alors que la résistance aux antimicrobiens continue d’éroder l’efficacité des antibiotiques existants, les ingénieurs et les scientifiques, y compris les chercheurs de McMaster, reportent leur attention sur les phages.

La découverte du processus qui les amène à se lier en formes de fleurs peut renforcer leurs propriétés déjà impressionnantes, à la fois pour trouver et tuer des bactéries ciblées, mais également pour servir d’échafaudage à d’autres micro-organismes et matériaux bénéfiques.

« La nature est si puissante et si intelligente. En tant qu’ingénieurs, notre travail est d’apprendre comment elle fonctionne, afin de pouvoir exploiter des processus comme celui-ci et les mettre à profit », explique Hosseinidoust. « Les possibilités sont infinies, car nous pouvons désormais créer des structures en utilisant des éléments de base biologiques. »