Ce projet s'inscrit dans l'objectif stratégique 3 de l'Institut (Edifices moléculaires fonctionnels pour la chimie, la physique et les biotechnologies). Le but de ce projet est d'utiliser de nouvelles nanoparticules fluorescentes (NPF) biocompatibles développées au PPSM, pour étudier, au LBPA, des changements physiologiques à l'intérieure de la cellule bactérienne en fonction de sa vitesse de croissance et en réponse à différents types de stress. La méthode de production des nano-objets est bien maîtrisée et reproductible. Les NPF sont constituées à coeur de chaînes macromoléculaires hydrophobe contenant un fluorophore (BODIPY) copolymérisé et d'une couronne de polymère hydrophile de nature variable et fonctionnalisable. Elles conservent les propriétés spectroscopiques du colorant d'origine. Le rendement quantique de fluorescence est de 20%. Ces particules sont de plus extrêmement stables de pH 6 à 12 ainsi qu'en milieu tamponné type PBS. Ces NPF sont plus facilement détectables en imagerie de fluorescence que des molécules individuelles car elles contiennent environ 3000 fluorophores chacune. Ainsi leur brillance est très élevée.
Dans un premier temps, un travail exploratoire sera nécessaire pour développer un protocole pour l'absorption des nanoparticules à l'intérieur des bactéries (diffusion libre, électroporation). Ensuite il s'agira d'utiliser un montage de single-particle tracking (SPT) récemment acquis avec l'aide d'un financement CNRS « prise de risque » et de l'IDA pour mesurer en temps réel l'emplacement et le mouvement des NP à l'intérieur des bactéries vivantes sur une couche d'agar. Le travail de synthèse de ces NPs est le sujet de la thèse de Chloé Grazon au PPSM. Récemment Yang Si, étudiante M2 Erasmus Mundus Serp-chem Paris XI, a rejoint ce projet pour son stage de M2 et elle souhaiterait continuer en thèse de doctorat. La source de lumière demandée, Lumencor, possède plusieurs avantages par rapport à la source de lumière blanche présente sur le système actuel : pas besoin de filtres, commutation rapide nécessaire pour la résolution temporelle et la diminution du photo-blanchiment et des dommages photoinduits et un grand nombre de photons permettant une grande résolution spatiale.

La mesure de la vitesse diffusion des particules pourra nous donner des informations sur les changements intracellulaires lors d'un changement en vitesse de croissance ou lors de la réponse au stress. Le radius de diffusion pourra être un indice de l'espace accessible aux particules et notamment du niveau de compaction du chromosome. La forme de la courbe du déplacement quadratique moyen (MSD) en fonction du temps permettra de déterminer le niveau d'interaction des NPs avec les autres composants, soit en « suspension » comme les ribosomes soit statiques comme la membrane, dans l'environnement cellulaire. Pour mesurer le niveau du stress, nous disposons de souches contenant des gènes rapporteurs qui expriment une protéine fluorescente rouge en réponse à différents types de stress comme le changement en température, en concentration de sel ou l'endommagement de l'ADN.
Un des avantages de ces nanoparticules est qu'on peut les modifier à la surface par greffage de molécules ou de macromolécules. A plus long terme, on peut donc envisager de produire des NPFs où, soit les propriétés auront été modifiées (charge, sensibilité au pH etc.), soit des protéines ou des fragments d'ADN avec des séquences spécifiques auront été ajoutées. Il serait par exemple possible d'ajouter une protéine qui se fixe spécifiquement à l'ARN pour identifier les foci de transcription.