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BENGALERU : Le Institut indien des sciences (IISc) a déclaré jeudi que dans deux études récentes, ses chercheurs et Unilever ont collaboré pour développer des modèles informatiques de parois cellulaires bactériennes qui peuvent accélérer le dépistage des antimicrobiens – des molécules qui peuvent tuer les bactéries pathogènes.
« Chaque cellule bactérienne est enveloppée d’une membrane cellulaire, elle-même entourée d’une paroi cellulaire. Certaines bactéries comme Escherichia coli (E. coli) sont Gram-négatives, c’est-à-dire que leurs parois cellulaires contiennent une couche de complexes peptide-sucre appelés peptidoglycanes et une membrane lipidique externe. D’autres comme Staphylococcus aureus (S. aureus) sont Gram-positifs – leurs parois cellulaires n’ont que plusieurs couches de peptidoglycanes », a déclaré IISc dans un communiqué.
Il a ajouté que les antimicrobiens tuent les bactéries soit en perturbant la membrane lipidique de la paroi cellulaire et en déstabilisant la couche de peptidoglycane, soit en transloquant à travers les couches de la paroi cellulaire et en perturbant la membrane cellulaire à l’intérieur. Cependant, les mécanismes réels d’interaction entre les molécules antimicrobiennes et ces barrières cellulaires sont mal connus.
« L’enveloppe cellulaire est une grande partie de ce puzzle, et elle est souvent négligée », explique Pradyumn Sharma, ancien doctorant au département de génie chimique (CE), IISc, et l’un des auteurs.
Dans une étudierl’équipe a créé un « atomistic maquette‘, une simulation informatique qui recrée la structure de la paroi cellulaire jusqu’au niveau des atomes individuels.
«Nous avons incorporé des paramètres tels que la taille des chaînes de sucre dans les peptidoglycanes, l’orientation des peptides et la distribution de la taille des vides. La structure de la couche de peptidoglycane est semi-perméable, car les nutriments et les protéines dont les bactéries ont besoin doivent passer à travers », explique Ganapathy Ayappa, professeur au CE et auteur correspondant.
Ce sont les mêmes vides que traversent également les antimicrobiens. Rakesh Vaiwala, chercheur associé au CE et l’un des auteurs, a ajouté que son équipe était la première à proposer un modèle moléculaire complet de la paroi cellulaire de S. aureus.
À l’aide de l’installation de calcul intensif d’IISc, l’équipe a testé l’efficacité de son modèle avec plusieurs antimicrobiens connus.
Dans l’autre étude, l’équipe a utilisé son modèle pour comparer le mouvement de différentes molécules de surfactant à travers la couche de peptidoglycane dans E. coli. « Comme les détergents, les tensioactifs ont une ‘tête’ aimant l’eau attachée à une chaîne de ‘queue’ évitant l’eau. L’équipe a montré pour la première fois le lien entre la longueur de la queue et l’efficacité antimicrobienne des surfactants. Les tensioactifs comme le laurate avec des chaînes plus courtes transloquent plus efficacement que l’oléate à chaîne plus longue », a déclaré IISc.
Cela a été corroboré par des expériences menées par des scientifiques de l’équipe Unilever, qui ont montré que les tensioactifs à chaîne plus courte tuaient les bactéries à un rythme plus élevé que les tensioactifs à chaîne plus longue. L’équipe a également collaboré avec Jaydeep Kumar Basu, professeur, département de physique de l’IISc, pour créer des vésicules composées d’extrait d’E. coli et a observé leur interaction avec des surfactants au microscope.
Les vésicules se sont avérées éclater à un rythme beaucoup plus rapide en présence de laurate par rapport à l’oléate, a déclaré l’IISc. « L’objectif avec Unilever est de faciliter le criblage rapide de molécules à l’aide des modèles informatiques que nous avons développés, afin de restreindre la recherche d’antimicrobiens potentiels à un plus petit sous-ensemble de molécules pouvant être testées en laboratoire », a déclaré Ayappa.
« Chaque cellule bactérienne est enveloppée d’une membrane cellulaire, elle-même entourée d’une paroi cellulaire. Certaines bactéries comme Escherichia coli (E. coli) sont Gram-négatives, c’est-à-dire que leurs parois cellulaires contiennent une couche de complexes peptide-sucre appelés peptidoglycanes et une membrane lipidique externe. D’autres comme Staphylococcus aureus (S. aureus) sont Gram-positifs – leurs parois cellulaires n’ont que plusieurs couches de peptidoglycanes », a déclaré IISc dans un communiqué.
Il a ajouté que les antimicrobiens tuent les bactéries soit en perturbant la membrane lipidique de la paroi cellulaire et en déstabilisant la couche de peptidoglycane, soit en transloquant à travers les couches de la paroi cellulaire et en perturbant la membrane cellulaire à l’intérieur. Cependant, les mécanismes réels d’interaction entre les molécules antimicrobiennes et ces barrières cellulaires sont mal connus.
« L’enveloppe cellulaire est une grande partie de ce puzzle, et elle est souvent négligée », explique Pradyumn Sharma, ancien doctorant au département de génie chimique (CE), IISc, et l’un des auteurs.
Dans une étudierl’équipe a créé un « atomistic maquette‘, une simulation informatique qui recrée la structure de la paroi cellulaire jusqu’au niveau des atomes individuels.
«Nous avons incorporé des paramètres tels que la taille des chaînes de sucre dans les peptidoglycanes, l’orientation des peptides et la distribution de la taille des vides. La structure de la couche de peptidoglycane est semi-perméable, car les nutriments et les protéines dont les bactéries ont besoin doivent passer à travers », explique Ganapathy Ayappa, professeur au CE et auteur correspondant.
Ce sont les mêmes vides que traversent également les antimicrobiens. Rakesh Vaiwala, chercheur associé au CE et l’un des auteurs, a ajouté que son équipe était la première à proposer un modèle moléculaire complet de la paroi cellulaire de S. aureus.
À l’aide de l’installation de calcul intensif d’IISc, l’équipe a testé l’efficacité de son modèle avec plusieurs antimicrobiens connus.
Dans l’autre étude, l’équipe a utilisé son modèle pour comparer le mouvement de différentes molécules de surfactant à travers la couche de peptidoglycane dans E. coli. « Comme les détergents, les tensioactifs ont une ‘tête’ aimant l’eau attachée à une chaîne de ‘queue’ évitant l’eau. L’équipe a montré pour la première fois le lien entre la longueur de la queue et l’efficacité antimicrobienne des surfactants. Les tensioactifs comme le laurate avec des chaînes plus courtes transloquent plus efficacement que l’oléate à chaîne plus longue », a déclaré IISc.
Cela a été corroboré par des expériences menées par des scientifiques de l’équipe Unilever, qui ont montré que les tensioactifs à chaîne plus courte tuaient les bactéries à un rythme plus élevé que les tensioactifs à chaîne plus longue. L’équipe a également collaboré avec Jaydeep Kumar Basu, professeur, département de physique de l’IISc, pour créer des vésicules composées d’extrait d’E. coli et a observé leur interaction avec des surfactants au microscope.
Les vésicules se sont avérées éclater à un rythme beaucoup plus rapide en présence de laurate par rapport à l’oléate, a déclaré l’IISc. « L’objectif avec Unilever est de faciliter le criblage rapide de molécules à l’aide des modèles informatiques que nous avons développés, afin de restreindre la recherche d’antimicrobiens potentiels à un plus petit sous-ensemble de molécules pouvant être testées en laboratoire », a déclaré Ayappa.
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