Matériel

Nature Communications volume 14, Numéro d'article : 4658 (2023) Citer cet article

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Les tactiques basées sur le matériel ont suscité une grande attention dans la conduite de l’évolution fonctionnelle des organismes. Dans le but de concevoir des organismes bioartificiels orientables pour éliminer les virus pathogènes d'origine hydrique, nous concevons Paramecium caudatum (Para), des micro-organismes unicellulaires, avec un organite semi-artificiel et spécifique anti-virus (VSO). Les nanoparticules magnétiques Fe3O4 modifiées avec un anticorps de capture de virus (MNPs@Ab) sont intégrées dans les vacuoles de Para pendant l'alimentation pour produire des VSO, qui persistent à l'intérieur de Para sans altérer leur capacité de nage. Comparé au Para naturel, qui n'a aucune spécificité de capture et présente une inactivation inefficace, le Para conçu par VSO (E-Para) rassemble spécifiquement les virus d'origine hydrique et les confine à l'intérieur des VSO, où les virus capturés sont complètement désactivés car les nano-peroxydase-like Fe3O4 produit des radicaux hydroxyles (•OH) tueurs de virus dans l'environnement acide du VSO. Après traitement, l'E-Para magnétisé est facilement recyclé et réutilisé, évitant ainsi une contamination supplémentaire. Les organites artificiels à base de matériaux convertissent le Para naturel en un piégeur de virus vivant, facilitant ainsi l'élimination des virus d'origine hydrique sans consommation d'énergie supplémentaire.

L'intégration de nanomatériaux et d'organismes fonctionnels peut promouvoir l'évolution fonctionnelle des organismes vivants avec une réactivité biologique adressable et de larges perspectives d'application1,2,3, et attire ainsi une grande attention dans la biomédecine4,5,6, la fabrication de microrobots7,8,9, la conversion d'énergie10. ,11 et les sciences de l’environnement12. Curieusement, les bactéries magnétotactiques (MTB) sont des exemples typiques d’organismes qui régulent leurs propres fonctions biologiques à l’aide de matériaux magnétiques13,14. Le MTB comporte des organites appelés magnétosomes qui contiennent des nanoparticules magnétiques enveloppées par des bicouches lipidiques, qui jouent un rôle essentiel dans le maintien de la magnétotaxie et la survie du MTB15,16. Il convient de noter que le compartiment du magnétosome agit comme une porte potentielle pour la différenciation du pH ou du potentiel redox entre la vésicule et l'environnement cellulaire17. Inspirés du MTB, les compartiments subcellulaires dynamiques sont favorables à l'intégration matérielle car ils peuvent protéger la clairance biologique tout en maintenant une relative stabilité dans l'environnement intracellulaire, représentant un élément clé pour la modification de l'organisme. Cependant, bien que l’évolution des organismes basée sur le matériel ait suscité un large intérêt interdisciplinaire, les stratégies nécessaires à la fabrication des organites intégrés au matériel mentionnés ci-dessus restent insuffisamment exploitées.

Les protistes sont les plus importants brouteurs de virus dans les milieux aquatiques. Ils jouent un rôle essentiel dans le contrôle efficace des eaux usées biologiques18,19. Des tentatives ont été faites pour utiliser des ciliés pour résoudre les problèmes d’environnement aquatique20. Cependant, la sensibilité du virus au broutage par les protistes dépend fortement de l’espèce et de l’hydrophobicité du virus21. Malgré la promesse montrée par l’utilisation des protistes pour traiter les virus d’origine hydrique, leurs taux d’élimination sont limités de moins de 4 ordres de grandeur en raison du manque de connaissances mécanistes. Plus important encore, en raison de leur faible efficacité dans l’inactivation des virus, les protistes peuvent également agir comme un réservoir de virus pour protéger les virus ingérés du traitement d’inactivation22, ce qui augmente le risque de transmission des virus d’origine hydrique. Selon les données de l'Organisation mondiale de la santé, les maladies d'origine hydrique causées par des virus continuent de se propager dans le monde entier malgré des décennies de développement de technologies de filtration et de désinfection par membrane23, telles que l'osmose inverse (RO), l'ultrafiltration (UF), la nanofiltration (NF) et la chloration/ UV/ozone (tableau supplémentaire 1)24,25,26,27. Contrairement aux techniques conventionnelles, nous proposons la conception d’un organite bioartificiel piégeur de virus (VSO) pour doter les protistes de la capacité de capturer et d’éliminer spécifiquement les virus d’origine hydrique.