Un tambour en graphène peut révéler le son des bactéries.
Vous êtes-vous déjà demandé si les bactéries émettent des sons distinctifs ? 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 cessent – à moins, bien sûr, que les bactéries 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 les bruits de faible intensité d’une seule bactérie en utilisant les techniques suivantes graphène. Leur recherche est maintenant publiée dans le journal Nature Nanotechnology.
Le son d’une seule bactérie
L’équipe de Farbod Alijani à l’Université de technologie de Delft (TU Delft) étudiait à l’origine les principes fondamentaux de la mécanique physique du graphène, lorsqu’une idée curieuse les a frappés. Ils se sont 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.”
Cette animation montre comment un tambour en graphène peut révéler le son des bactéries. Le son s’arrête lorsqu’une bactérie est tuée par un antibiotique. Crédit : Irek Roslon – TU Delft
L’équipe de chercheurs de Farbod Alijani a initié une collaboration avec le groupe de nanobiologie de Cees Dekker et le groupe de nanomécanique de Peter Steeneken. Avec Irek Roslon, étudiante en doctorat, et Aleksandre Japaridze, post-doc, les scientifiques ont réalisé leurs premières expériences en utilisant la technologie de la nanobiologie. E. coli 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 avec des amplitudes aussi faibles que quelques nanomètres que nous avons pu détecter. Nous pouvions entendre le son d’une seule bactérie !”
Frapper 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 – et comme c’est cool”, dit Alijani.
Impression d’artiste d’un tambour en graphène détectant le nanomouvement d’une seule bactérie. Crédit : Irek Roslon, TU Delft
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 les bactéries étaient résistantes à l’antibiotique, les oscillations continuaient 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 de graphène, le phénomène peut être détecté en utilisant 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.”
Référence : “Probing nanomotion of single bacteria with graphene drums” par I.E. Roslon, A. Japaridze, P.G. Steeneken, C. Dekker et F. Alijani, 18 avril 2022, Nature Nanotechnology.
DOI: 10.1038/s41565-022-01111-6
