Des bandes sonores bactériennes révélées par une membrane en graphène

Vous êtes-vous déjà demandé si les bactéries émettent des sons distinctifs?

21.04.2022 - Pays-Bas

Si nous pouvions écouter les bactéries, nous serions en mesure de savoir si elles sont vivantes ou non. Lorsque les bactéries sont tuées à l'aide d'un antibiotique, ces sons cesseraient - à moins bien sûr que les bactéries ne soient résistantes à l'antibiotique. C'est exactement ce qu'une équipe de chercheurs de l'Université technique de Delft, dirigée par le Dr Farbod Alijani, a réussi à faire : ils ont capturé le bruit de faible intensité d'une seule bactérie à l'aide de graphène. Leur recherche est maintenant publiée dans Nature Nanotechnology.

Le son d'une seule bactérie

À l'origine, l'équipe de Farbod Alijani se penchait sur les principes fondamentaux de la mécanique du graphène, mais à un moment donné, elle s'est demandé ce qui se passerait si ce matériau extrêmement sensible entrait en contact avec un seul objet biologique. "Le graphène est une forme de carbone constituée d'une seule couche d'atomes et est également connu comme le matériau miracle", explique Alijani. "Il est très solide avec de belles propriétés électriques et mécaniques, et il est aussi extrêmement sensible aux forces extérieures."

L'équipe de chercheurs a initié une collaboration avec le groupe de nanobiologie de Cees Dekker et le groupe de nanomécanique de Peter Steeneken. Avec Irek Roslon, doctorante, et Aleksandre Japaridze, post-doc, l'équipe a mené ses premières expériences avec des bactéries E. coli. Cees Dekker : "Ce que nous avons vu était frappant ! Lorsqu'une seule bactérie adhère à la surface d'un tambour de graphène, elle génère des oscillations aléatoires dont l'amplitude ne dépasse pas quelques nanomètres et que nous pouvons détecter. Nous pouvions entendre le son d'une seule bactérie !"

Percer un tambour en graphène avec une bactérie

Les oscillations extrêmement petites sont le résultat des processus biologiques des bactéries avec une contribution principale de leurs flagelles (queues à la surface des cellules qui propulsent les bactéries). "Pour comprendre à quel point ces battements flagellaires sur le graphène sont minuscules, il faut savoir qu'ils sont au moins 10 milliards de fois plus petits que le coup de poing d'un boxeur lorsqu'il atteint un sac de frappe. Pourtant, ces battements à l'échelle nanométrique peuvent être convertis en pistes sonores et écoutés - comme c'est cool", déclare M. Alijani.

Le graphène pour la détection rapide de la résistance aux antibiotiques

Cette recherche a d'énormes implications pour la détection de la résistance aux antibiotiques. Les résultats expérimentaux sont sans équivoque : Si la bactérie était résistante à l'antibiotique, les oscillations se poursuivaient au même niveau. Lorsque les bactéries étaient sensibles au médicament, les vibrations ont diminué jusqu'à une ou deux heures plus tard, puis elles ont complètement disparu. Grâce à la grande sensibilité des tambours en graphène, le phénomène peut être détecté à partir d'une seule cellule.

Farbod Alijani : "Pour l'avenir, nous visons à optimiser notre plateforme de sensibilité aux antibiotiques en graphène unicellulaire et à la valider contre une variété d'échantillons pathogènes. De sorte qu'à terme, elle puisse être utilisée comme une boîte à outils de diagnostic efficace pour la détection rapide de la résistance aux antibiotiques dans la pratique clinique." Peter Steeneken conclut : "Ce serait un outil inestimable dans la lutte contre la résistance aux antibiotiques, une menace toujours plus grande pour la santé humaine dans le monde."

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