Couplage protéines – nanoparticules d’argent : une approche interdisciplinaire pour élucider le problème fondamental d’adhérence microbienne
Adriana SCARANGELLA
1 an de post-doc (sept. 2016 – août 2017) aux laboratoires LAPLACE, CEMES et LGC; Superviseurs : Mme Kremena Makasheva (LAPLACE) et Mme Caroline Bonafos (CEMES). Travaux adossés au projet ADAGIO de l’IDEX de UFTMP.
Adriana SCARANGELLA est physicienne avec un doctorat de l’Université de Catane, Italie. Ses intérêts scientifiques concernent l’élaboration des matériaux nanocomposites, le développement de méthodes de diagnostics, l’étude de propriétés structurales et optiques des matériaux nanocomposites, la conception et la réalisation de systèmes hybrides « plasmoniques/photoniques » avec applications en bioélectronique et biophotonique.
Les protéines représentent une classe importante de biomolécules. Elles étayent tous les processus se produisant dans les organismes vivants. Les progrès récents en biotechnologie ont élargi les possibilités d’explorer leurs propriétés structurelles et fonctionnelles dans des applications de niche comme les biocapteurs, la bioélectronique, les photosensibilisateurs, les implants artificiels, etc. Ceci nécessite la compréhension des mécanismes d’adhésion des protéines sur des surfaces solides de matériaux. Pour cela, notre approche consiste à coupler les protéines avec des nanoparticules d’argent (NPs d’Ag) dans le but de mettre en évidence les voies d’interaction et les mécanismes à l’origine de l’adhérence microbienne. Les NPs d’Ag sont non seulement connues pour leur efficacité antibactérienne, mais également pour leur résonance plasmonique aigue dans le visible qui permet l’exaltation des signaux optiques émis par des molécules à leur voisinage (effet SERS – Surface Enhanced Raman Scattering). Dans cette optique, nous avons élaboré par procédé plasma des substrats plasmoniques contenant un plan de NPs d’Ag. Cette approche interdisciplinaire permet de quantifier le comportement des protéines en utilisant l’effet d’antenne des NPs d’Ag d’une part et d’autre part de démontrer la forte activité antimicrobienne des NPs d’Ag. Nous avons porté notre choix sur la protéine fluorescente Discosoma Red (DsRed) qui possède une émission spontanée dans le rouge et présente un intérêt majeur en biologie moléculaire et bioélectronique.
Les avancées principales de notre étude sont multiples et portent aussi bien sur des aspects applicatifs que fondamentaux : (i) la détection des très faibles concentrations de protéines adhérées sur la surface de matériaux nanocomposites, ce qui est d’extrême importance pour la conception de biocapteurs ; (ii) la mise en évidence de l’organisation de couches minces de DsRed en réseau de type « bâtonnets » sur la surface solide après déshydratation, d’intérêt pour la bioélectronique ; (iii) le suivie des modifications structurales de la DsRed. Trois conformations différentes ont été identifiées et un scenario dynamique d’évolution temporelle des protéines a été proposé ; (iv) la démonstration que les signaux Raman des protéines adhérées sur la surface ne peuvent être révélés qu’en présence de NPs d’Ag et que pour une longueur d’onde en résonance avec la réponse plasmonique des NPs d’Ag, ce qui est d’ordre fondamental.
Les résultats obtenus dans le cadre de ce post-doc ont donné lieu à deux articles scientifiques et à six communications présentées dans des congrès internationaux et nationaux.