La nanostructure de certaines protéines de soie d'araignée empêche la fixation bactérienne.

Introduction

Délicate comme un murmure, la toile de soie d'une araignée semble trop fragile pour durer très longtemps. Pourtant, une fois tissées, certaines toiles peuvent survivre avec des réparations minimes pendant des jours, voire des semaines, sans être détruites par des organismes en décomposition comme les champignons et les bactéries. Non seulement cela, mais tout au long de l'histoire, les gens ont utilisé la soie d'araignée pour panser les plaies, suggérant qu'ils pourraient avoir des super pouvoirs antimicrobiens. Pourquoi ces toiles ne sont-elles pas dégradées par les bactéries et les champignons, alors qu'elles sont constituées des aliments préférés des microbes ? La réponse ne semble pas résider dans les produits chimiques qui tuent les bactéries et les champignons, mais dans l'arrangement des protéines qui sont l'un des principaux composants de la soie d'araignée.

Pourquoi ces toiles ne sont-elles pas dégradées par les bactéries et les champignons, alors qu'elles sont constituées des aliments préférés des microbes ? 

La stratégie

La couche extérieure de soie d'araignée est composée de divers s et molécules de graisse. Comme dans d'autres matériaux biologiques, les protéines jouent un grand rôle dans la façon dont le matériau est structuré. Ils sont composés de centaines de blocs de construction individuels, appelés s, enfilés comme des perles sur une ficelle. Différents acides aminés ont des caractéristiques différentes, ainsi que des charges positives ou négatives. Les charges opposées s'attirent, tandis que les charges similaires se repoussent. Ces interactions signifient que, selon les types et l'ordre des acides aminés dans la chaîne, différentes parties d'une protéine finissent par s'organiser en différentes formes. L'une de ces formes est connue sous le nom de qui contient des parties appelées feuilles bêta. C'est de là que semblent provenir les capacités de répulsion des microbes de la soie d'araignée. Les scientifiques ont découvert que certains conglomérats de protéines de soie d'araignée appelés fibroïnes ont des sections de feuillet bêta avec des charges similaires qui les poussent à se repousser, créant un arrangement régulier de patchs hydrophobes (hydrofuges) sur la surface de la soie. Ces patchs empêchent efficacement les micro-organismes de trouver un endroit où atterrir et coller, tout comme une équipe de joueurs de volley-ball expérimentés dispersés sur un terrain peut empêcher le ballon de toucher le sol n'importe où.

Spider silk protein arrangement
Image: Kumari et al. / Les matériaux aujourd'hui / CC BY NC ND - Creative Commons Attribution + Non commercial + NoDerivatives

Un arrangement régulier de petites sections de protéines non chargées ("hydrophobes") peut rendre difficile la fixation des bactéries.

Le potentiel

La capacité des bactéries et des champignons à adhérer à une surface peut causer de gros problèmes aux humains. Dans les milieux médicaux, les microbes peuvent se fixer aux implants et aux prothèses, se donnant une chance de se multiplier et de créer une colonie suffisamment grande pour se protéger des antibiotiques. Dans les systèmes d'eau potable et les milieux de préparation des aliments, de tels « biofilms » peuvent augmenter le risque de propagation de la contamination en donnant aux microbes un endroit où se développer et se multiplier. En imitant les protéines de soie d'araignée et leur disposition repoussant les bactéries de sections de feuille bêta non chargées, les humains pourraient créer des revêtements pour les dispositifs médicaux et d'autres surfaces qui empêcheront les bactéries de rester et de causer des problèmes.

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Dernière mise à jour le 21 février 2022