Chimie des bactéries vivantes en biomédecine

Contexte

L’utilisation de bactéries vivantes dans le domaine biomédical a suscité un intérêt croissant ces dernières années. Traditionnellement, les bactéries étaient considérées comme des agents pathogènes à éliminer. Cependant, avec les progrès de la bactériologie moderne, on a progressivement reconnu la complexité de la coexistence des bactéries avec le corps humain et leur potentiel unique dans le traitement, le diagnostic et l’administration de médicaments. Bien que l’ingénierie chimique offre des idées innovantes pour améliorer la biosécurité et les résultats thérapeutiques, l’application complète des bactéries vivantes en médecine de précision reste un défi majeur. En particulier, le devenir des bactéries vivantes après leur entrée dans le corps humain, la complexité de leurs processus biologiques et la diversité des traitements personnalisés sont des problèmes urgents à résoudre. De plus, l’introduction de l’intelligence artificielle et de l’apprentissage automatique offre de nouvelles possibilités pour concevoir et prédire les interactions entre les bactéries vivantes et le corps humain.

Source de l’article

L’article intitulé Live Bacterial Chemistry in Biomedicine a été co-écrit par Senfeng Zhao, Qian Chen, Qimanguli Saiding et d’autres auteurs du Center for Nanomedicine du Brigham and Women’s Hospital de la Harvard Medical School. L’article a été publié le 4 avril 2025 dans la revue Chem, avec le DOI 10.1016/j.chempr.2025.102436.

Contenu principal de l’article

1. Programmation de la chimie des bactéries vivantes

L’article commence par résumer la programmabilité de la chimie des bactéries vivantes et ses applications en biomédecine. Les structures de surface et la composition chimique des bactéries vivantes sont les principaux sites d’interaction avec l’environnement externe, ce qui en fait des cibles privilégiées pour les modifications par ingénierie chimique. Les auteurs discutent en détail des applications des interactions non covalentes et covalentes dans la chimie de surface des bactéries vivantes, y compris les interactions électrostatiques, les liaisons hydrogène et les interactions hydrophobes. Bien que ces méthodes soient simples et flexibles, elles manquent de spécificité. En revanche, les interactions covalentes (comme les réactions de couplage NHS ester, les réactions d’iminoester, etc.) offrent une stabilité et une sélectivité supérieures, bien qu’elles nécessitent des conditions de réaction plus complexes.

2. Chimie génétique des bactéries vivantes

Les progrès des technologies de génie génétique ont ouvert de nouvelles voies pour l’application des bactéries vivantes en biomédecine. L’article présente des méthodes de génie génétique basées sur la biologie et la physique, comme le système CRISPR-Cas, les nucléases à effet de type activateur de transcription (TALENs) et les nucléases à doigt de zinc (ZFNs). De plus, les méthodes chimiques comme l’édition de bases et les modifications épigénétiques offrent de nouvelles perspectives pour la programmation génétique. La technologie d’édition de bases permet une modification précise de l’information génétique par conversion chimique des paires de bases, tandis que les modifications épigénétiques altèrent les modes d’expression génétique par méthylation et modification des phosphorothioates.

3. Autres modifications chimiques des bactéries vivantes

Outre la chimie de surface et génétique, l’article discute également des bactéries “cyborg” médiées par la gélification intracellulaire. En introduisant des petites molécules ou des monomères polymères dans le cytoplasme des bactéries et en formant une matrice d’hydrogel à l’intérieur des cellules, on peut augmenter la rigidité physique des bactéries et inhiber leur capacité de division, réduisant ainsi les risques de sécurité dans le corps. Ces bactéries “cyborg” conservent leur capacité à sécréter des métabolites fonctionnels, offrant de nouvelles possibilités pour les applications biomédicales.

4. Application de l’intelligence artificielle et de l’apprentissage automatique

L’article souligne que les technologies d’intelligence artificielle (IA) et d’apprentissage automatique (ML) pourraient révolutionner la conception des bactéries modifiées chimiquement et apporter des avancées substantielles dans le développement de thérapies basées sur les bactéries vivantes. En analysant de grands ensembles de données sur les protéines et les séquences génétiques des bactéries vivantes, l’IA et le ML peuvent prédire de manière plus raisonnable de nouvelles stratégies de modification chimique et améliorer la précision et l’efficacité des modifications. De plus, les cadres d’IA peuvent aider à analyser les données spécifiques aux patients et à personnaliser intelligemment les fonctions et comportements des bactéries vivantes, permettant ainsi des traitements personnalisés de précision.

5. Applications des bactéries vivantes en biomédecine

L’article résume les propriétés physiques, chimiques et biologiques conférées aux bactéries vivantes par les modifications chimiques, ainsi que leurs principales applications dans le traitement du cancer, des maladies buccales, la régénération tissulaire, le traitement des maladies intestinales, des maladies cérébrales, l’antibiothérapie, le traitement des maladies inflammatoires, le diagnostic des maladies, le traitement des maladies rénales et les intoxications aiguës et chroniques. Par exemple, en modifiant la surface des bactéries vivantes avec des nanomatériaux, on peut construire des systèmes hybrides biologiques répondant à des stimuli physiques externes, permettant un contrôle in vivo des fonctions biomédicales. De plus, les modifications chimiques peuvent renforcer la capacité de colonisation intestinale des bactéries vivantes, améliorant ainsi l’efficacité du traitement.

Importance et valeur de l’article

Cet article résume systématiquement les progrès récents de la chimie des bactéries vivantes