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Un ensemble d'outils génétique pour produire les nanoparticles magnétiques multifonction

Des bactéries magnétiques pourraient bientôt être employées pour la production des biomatériaux nouveaux. Une équipe des microbiologistes à l'université de Bayreuth a abouti par le prof. que M. Dirk Schüler a développé un système modulaire pour la reprogrammation génétique des bactéries, transformant de ce fait les organismes en usines de cellules pour les nanoparticles magnétiques multifonction qui combinent des fonctionnements utiles variés et des propriétés. À cause de leurs propriétés magnétiques exceptionnelles et bon biocompatibility, ces nanoparticles pourraient être un matériau neuf prometteur dans le domaine biomédical et biotechnologique. Dans le tourillon « petit » les scientifiques ont présenté leurs découvertes.

Des magnetosomes aux nanoparticles polyvalents

Les bactéries magnétiques du gryphiswaldense de Magnetospirillum de substance alignent leur comportement de natation le long du champ magnétique de la terre. Dans les cellules, des nanoparticles magnétiques, les magnetosomes, sont arrangés d'une façon réseau réseau, formant de ce fait un pointeau intracellulaire de compas. Chacun magnetosome se compose d'un faisceau d'oxyde magnétique de fer entouré par une membrane. En plus des lipides, cette membrane contient également un grand choix de différentes protéines. Les microbiologistes de l'université de Bayreuth ont maintenant hérité au couplage des groupes fonctionnels biochimiquement actifs, qui proviennent des organismes étrangers variés, de ces protéines. Ici les débuts employés par méthode à l'étape des gènes qui sont responsables de la biosynthèse des protéines de membrane. Ces gènes bactériens sont protégés par fusible aux gènes étrangers d'autres organismes qui règlent la production des protéines fonctionnelles respectives. Dès que les gènes seront réintégrés dans le génome, les bactéries reprogrammées produisent les magnetosomes qui manifestent ces protéines étrangères de manière permanente montées sur la surface de particules.

Dans l'étude, quatre groupes fonctionnels différents (c.-à-d. protéines étrangères) ont été accouplés aux protéines de membrane. Ceux-ci comprennent l'oxydase de glucose d'enzymes d'un champignon de moulage, qui est déjà employé biotechnologiquement, par exemple comme « détecteur de sucre » dans les maladies de diabète. De plus, une protéine fluorescente verte d'une méduse et une enzyme teinture teinture de la bactérie Escherichia coli, dont l'activité peut être facilement mesurée, ont été montées sur la surface des magnetosomes. Le quatrième groupe fonctionnel est un éclat d'anticorps d'un lama (alpaga) qui a été employé comme connecteur polyvalent. Ainsi, toutes ces propriétés comprenant la magnétisation superbe des magnetosomes sont génétiquement codées dans les bactéries.

« Utilisant cette stratégie génétique, nous avons reprogrammé les bactéries pour produire les magnetosomes qui rougeoient verts si irradiés avec la lumière UV et en même temps les fonctionnements biocatalytiques nouveaux d'étalage. Des rôles biologiques variés peuvent être avec précision montés sur leurs surfaces. Ainsi, les magnetosomes des bactéries vivantes sont transformés dans les nanoparticles multifonction avec des fonctionnements et des propriétés fascinants. D'ailleurs, les particules demeurent entièrement - fonctionnel quand elles sont isolées dans les bactéries - qui peuvent être facilement exécutées en tirant profit de leurs propriétés magnétiques inhérentes, » dit professeur Dirk Schüler, qui a abouti l'équipe de recherche.

Un ensemble d'outils génétique pour des applications en biomédecine et biotechnologie

Functionalization des magnetosomes nullement est limité aux groupes fonctionnels qui ont été montés sur la surface de particules par les microbiologistes de Bayreuth. Au lieu de cela, ces protéines peuvent facilement être remplacées par d'autres fonctionnements, de ce fait fourniture d'une plate-forme hautement polyvalente. La reprogrammation génétique ouvrent pour cette raison un spectre grand pour concevoir la surface magnetosome. Elle constitue la base pour « un ensemble d'outils génétique » qui permet la production des nanoparticles magnétiques réglés, combinant différents fonctionnements et propriétés utiles. Chacune de ces particules est entre trois et cinq nanomètres dans la taille.

Notre approche de génie génétique est hautement sélectrice et précise, comparé à, par exemple, les techniques de couplage chimiques qui ne sont pas en tant qu'efficace et ne manquent pas de ce niveau élevé de contrôle. »

M. Frank Mickoleit, premier auteur de l'étude, microbiologiste de Bayreuth

Il indique un avantage décisif des biomatériaux neufs : « Les études précédentes prouvent que les nanoparticles magnétiques sont non nuisibles susceptible aux cultures cellulaires. Le bon biocompatibility est un préalable important à la future application des particules en biomédecine, par exemple comme agents de contraste en techniques d'imagerie magnétiques ou en tant que détecteurs magnétiques dans la diagnose. À l'avenir, par exemple, les particules assimilées pourraient aider à trouver et détruire des cellules tumorales. Les systèmes de bioréacteur sont un autre champ d'application. Les nanoparticles magnétiques équipés des catalyseurs minuscules seraient hautement adaptés à cet effet et activeraient des procédés biochimiques complexes.

« Il y a un énorme potentiel d'application pour les nanoparticles qui manifestent différents groupes fonctionnels sur la surface, en particulier dans les domaines biotechnologie et biomédecine. Les bactéries magnétiques maintenant peuvent servir de plate-forme à un nano-ensemble d'outils polyvalent, inspirant la créativité scientifique dans le domaine de la biologie synthétique. Elle commencera davantage de recherche intéressante s'approche », ajoute le microbiologiste Clarissa Lanzloth B.Sc., qui était impliqué dans l'étude neuve comme co-auteur pendant l'achèvement de sa thèse principale en « biochimies et biologie moléculaire » à Bayreuth.

Source:
Journal reference:

Mickoleit, F., et al. (2020) A Versatile Toolkit for Controllable and Highly Selective Multifunctionalization of Bacterial Magnetic Nanoparticles. Small. doi.org/10.1002/smll.201906922.