Stratégies avancées de lutte contre les bactéries à l'aide de nanobâtonnets et de lumière

Advancing Strategies to Fight Bacteria Using Nanorods and Light

• Auteur / Autrice : Maïssara Kaddour
• Direction : Guillaume Laurent, Rachel Meallet
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2025
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences chimiques : molécules, matériaux, instrumentation et biosystèmes
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : PPSM - Photophysique et Photochimie Supramoléculaires et Macromoléculaires
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Ecole Normale Supérieure Paris-Saclay

Mots clés

Mots clés libres

Nanoparticules métalliques

Escherichia coli

Microscopie de fluorescence

Plasmon de surface

Espèces réactives de l'oxygène

Thermo-plasmonique

Metallic nanoparticles

Thermo-plasmonic

Reactive Oxygen species

Escherichia coli

Fluorescence microscopy

Surface plasmon

Résumé

Les infections dues à la résistance bactérienne aux antimicrobiens (RAM) sont considérées comme l'une des plus grandes menaces pour la santé mondiale. Selon le rapport 2019 de l'OMS, les décès imputables aux microbes résistants aux médicaments devraient passer de 0,7 à 10 millions par an d'ici à 2050 si aucune mesure n'est prise. Les bactéries développent la RAM par le biais de divers processus, tels que la formation de biofilms. Les biofilms sont des organisations complexes d'espèces bactériennes intégrées dans une matrice extracellulaire protectrice, avec un accès limité aux antibiotiques. Les bactéries présentes dans les biofilms peuvent être jusqu'à 1 000 fois plus résistantes aux antibiotiques que les bactéries planctoniques, et 65 à 80 % des infections humaines sont causées par des biofilms. Par conséquent, les besoins cliniques urgents exigent des modalités antimicrobiennes alternatives et efficaces qui ne dépendent pas des antibiotiques, réduisant ainsi le fardeau économique et sanitaire. Dans le cadre de ce projet de thèse, notre objectif est de fonctionnaliser des nanobâtonnets d'or (GNR) pour permettre une interaction spécifique avec les bactéries E. coli (interaction avec leurs membranes ou même internalisation des GNR). Nous souhaitons utiliser les propriétés photothermiques et de génération d'espèces réactives de l'oxygène des GNRs pour détruire les E. coli. Cette étude sera étendue aux biofilms afin d'évaluer la destruction des bactéries dans cet environnement protecteur spécifique. La spectroscopie de corrélation de fluorescence permettra de déterminer si les GNR sont situés à l'extérieur ou à l'intérieur des bactéries. L'utilisation d'E. coli génétiquement modifié exprimant la protéine fluorescente verte (GFP) permettra de distinguer si les cellules sont vivantes ou mortes grâce à l'imagerie de fluorescence.

Infections stemming from bacterial resistance to antimicrobials (AMR) are considered one of the greatest threats to global health. According to the 2019 WHO report, deaths attributable to drug-resistant microbes are projected to escalate from 0.7 to 10 million annually by 2050 if no action is taken. Bacteria develop AMR through various processes, such as the formation of biofilms. Biofilms are intricate organizations of bacterial species embedded in a protective extracellular matrix, with limited antibiotic access. Bacteria within biofilms can be up to 1000 times more resistant to antibiotics than planktonic bacteria, and 65 to 80% of human infections are caused by biofilms. Hence, urgent clinical needs call for alternative and effective antimicrobial modalities that do not rely on antibiotics, reducing economic and health burdens. Within this thesis project, our goal is to functionalize gold nanorods (GNRs) to enable specific interaction with E. coli bacteria (attachment to their membranes or even internalization of GNRs). We aim to utilize the photothermal and ROS-generating properties of GNRs to destroy E. coli. This study will be extended to biofilms to assess the destruction of bacteria in this specific protective environment. Fluorescence correlation spectroscopy will determine whether GNRs are located externally or internally to the bacteria. The use of genetically modified E. coli expressing green fluorescent protein (GFP) will help distinguish whether the cells are alive or dead through fluorescence imaging.