Certains diraient que la vie a un rythme, mais en fait, il y a un bourdonnement. Au-delà des mouvements et de la croissance visibles, chaque cellule vivante émet des vibrations appelées “nanomotion”. Grâce à un matériau relativement nouveau, le graphène, les scientifiques ont pu amplifier les fréquences de cette nanomotion, que les bactéries individuelles émettent, et reproduire des enregistrements audio. Grâce à une membrane bicouche ultrafine de graphène – le dernier “logiciel espion”, pour ainsi dire, dans la course aux armements qui dure depuis des décennies contre les “superbactéries” résistantes aux antibiotiques – ils ont pu distinguer rapidement les bactéries vivantes et mortes dans une culture de laboratoire.
En d’autres termes, les scientifiques ont pu “écouter” le son d’une seule bactérie, se déplaçant toute seule dans l’eau. L’enregistrement, dont le lien figure ci-dessous, offre une vue sans précédent sur le monde microscopique habituellement invisible.
Les enregistrements sont le résultat d’une expérience d’ingénierie. En étudiant les applications nanomécaniques du graphène à l’Université de technologie de Delft, une équipe de recherche s’est demandé à quel point le graphène était sensible. Une membrane de graphène pourrait-elle, par exemple, détecter les forces vibratoires d’une seule bactérie ?
“Ce que nous avons vu était frappant”, a déclaré Cees Dekker dans un communiqué. “Lorsqu’une seule bactérie adhère à la surface d’un tambour de graphène, elle génère des oscillations aléatoires avec des amplitudes aussi faibles que quelques nanomètres que nous avons pu détecter. Nous avons pu entendre le son d’une seule bactérie”.
Publiés dans Nature Nanotechnology, leurs résultats pourraient s’avérer essentiels pour la surveillance des maladies infectieuses. D’autant plus que les infections résistantes aux antibiotiques deviennent de plus en plus répandues, “optimiser nos armes pour combattre” les infections est devenu critique, selon l’auteur correspondant Farbod Alijani. L’expérience sur le graphène donne un nouvel aperçu du monde des bactéries.
Le graphène est un matériau particulier doté de superbes propriétés mécaniques et conductrices. Essentiellement constitué d’un réseau d’atomes de carbone pur disposés en nid d’abeille, le graphène est à la fois le matériau le plus fin et le plus résistant jamais créé. Le carbone pur comprend à la fois la mine de crayon et le diamant, respectivement l’un des matériaux les plus faibles et les plus solides – ce qui montre bien que la disposition des atomes détermine la résistance du matériau. Le graphène tire parti des liaisons étroites et solides du carbone, comme le montre son comportement dans le diamant, tout en se présentant sous la forme de feuilles semblables à des membranes, comme le carbone se comporte dans la mine de plomb.
Pourtant, contrairement aux crayons et aux diamants, le graphène n’existe que depuis un peu plus d’une décennie. Si le matériau est nouveau, le processus de base ne l’est pas. Tous les systèmes de traitement du son, de l’oreille humaine au microphone moderne, utilisent des récepteurs membranaires similaires pour enregistrer la fréquence et l’amplitude.
L’utilité du graphène commence seulement à être comprise, et lorsqu’il a été inventé, peu de gens auraient pu prédire que la substance pourrait être utilisée pour combattre la résistance aux antibiotiques.
“La résistance aux antibiotiques sera le prochain grand problème auquel la communauté mondiale sera confrontée”, a affirmé M. Alijani.
En 2019, les CDC ont fait état d’une moyenne de plus de 2,8 millions d’infections et de 45 000 décès dus à des microbes résistants aux antibiotiques, rien qu’aux États-Unis. L’agence lance un avertissement urgent, appelant à des méthodes de test plus rapides et plus informatives.
“Lorsqu’une seule bactérie adhère à la surface d’un tambour de graphène, elle génère des oscillations aléatoires avec des amplitudes aussi faibles que quelques nanomètres que nous avons pu détecter. Nous avons pu entendre le son d’une seule bactérie.”
Les chercheurs basés aux Pays-Bas pensent avoir une solution. La collaboration entre le laboratoire de nano-biologie de Dekker et le laboratoire de nanomécanique de Steeneken a jusqu’à présent donné des résultats impressionnants, en menant leurs premières expériences avec E. coli bactéries.
“Nous sommes en train d’optimiser notre installation, et nous la validons sur une variété d’échantillons pathologiques dans des isolats cliniques de bactéries, non seulement… E. coli“, a déclaré Alijani, faisant allusion aux études en cours. ” Par exemple , pseudomonas est une autre bactérie avec laquelle nous travaillons, ainsi que d’autres bactéries gram positives et gram négatives. En bref, ce n’est pas quelque chose qui est seulement pour Pseudomonas.E. colimais nous pouvons en fait détecter ce son pour une grande variété de cellules bactériennes.”
Bien que son origine exacte reste mystérieuse, la nanomotion fournit une signature de vie définitive en temps réel, ce que Steeneken a qualifié d'”outil inestimable dans la lutte contre la résistance aux antibiotiques, une menace toujours plus grande pour la santé humaine dans le monde.”
Fournissant des évaluations précises dans un délai de deux heures, leur surveillance vibratoire permet d’améliorer considérablement la qualité de la vie.a surpassé les tests standards de laboratoire. Si les bactéries ne vibrent plus, l’antibiotique en question a fait son travail comme prévu. Affaire classée.
“C’est quelque chose qui pourrait vraiment changer le paradigme actuel dans la façon dont nous effectuons nos tests de sensibilité aux antibiotiques et qui peut rendre le diagnostic des maladies infectieuses beaucoup plus rapide”, a ajouté Alijani.
Les délais d’exécution typiques d’un ou deux jours dans les laboratoires cliniques restent un statu quo dangereusement lent. Pourtant, l’application à grande échelle de la surveillance en temps réel au niveau cellulaire pourrait révolutionner les tests de résistance aux antibiotiques, ce qui soulève la question suivante : pourquoi personne n’a pensé à écouter les signes de vie des bactéries auparavant ?
En fait, ils auraient pu le faire, mais l’enregistrement de vibrations aussi minuscules n’est pas un simple exploit d’ingénierie audio. Les chercheurs n’y sont parvenus qu’avec une membrane de graphène, fine mais incroyablement résistante, contre laquelle la force des vibrations a été enregistrée.
Ce n’est qu’en 2010, lorsque la Société royale suédoise des sciences a décerné le prix Nobel de physique à Andre Geim et Konstantin Novoselov pour avoir réalisé ce que l’on croyait impossible, en synthétisant un “mince flocon de carbone ordinaire, d’un seul atome d’épaisseur”, qu’ils ont appelé “le réseau atomique parfait”, qu’une telle merveille technologique est devenue possible.
