L'agent pathogène d'origine alimentaire Escherichia coli O157 cause environ 73, 000 maladies et 60 décès chaque année aux États-Unis. De meilleurs tests de sécurité pourraient aider à éviter certaines des maladies causées par cette souche d'E. coli et d'autres bactéries nocives, selon les chercheurs du MIT qui ont proposé une nouvelle solution possible.

Le nouveau test MIT est basé sur un nouveau type de gouttelettes liquides qui peuvent se lier aux protéines bactériennes. Cette interaction, qui peut être détectée soit à l'œil nu, soit à l'aide d'un smartphone, pourrait offrir une alternative beaucoup plus rapide et moins chère aux tests de sécurité alimentaire existants.

"C'est une toute nouvelle façon de détecter, " dit Timothy Swager, le professeur de chimie John D. MacArthur au MIT et l'auteur principal de l'étude. "Ce que nous avons ici, c'est quelque chose qui peut être beaucoup moins cher, avec de faibles coûts d'entrée."

Qifan Zhang, un étudiant diplômé du MIT, est l'auteur principal de l'article, qui paraît dans le journal ACS Science centrale . Les autres auteurs sont Suchol Savagatrup, un post-doctorant du MIT; Peter Seeberger, directeur du Max Planck Institute of Colloids and Interfaces en Allemagne; et Paulina Kaplonek, un étudiant diplômé à l'Institut Max Planck.

Détecter les bactéries

Il y a deux ans, Le laboratoire de Swager a développé un moyen de fabriquer facilement des gouttelettes complexes, notamment des gouttelettes appelées émulsions Janus. Ces gouttelettes de Janus sont constituées de deux hémisphères de taille égale, l'un fait d'un fluorocarbure et l'autre d'un hydrocarbure. Le fluorocarbure est plus dense que l'hydrocarbure, Ainsi, lorsque les gouttelettes reposent sur une surface, la moitié en fluorocarbure est toujours en bas.

Les chercheurs ont décidé d'explorer l'utilisation de ces gouttelettes comme capteurs en raison de leurs propriétés optiques uniques. Dans leur état naturel, les gouttelettes de Janus sont transparentes vues de dessus, mais ils paraissent opaques vus de côté, à cause de la façon dont la lumière se courbe lorsqu'elle traverse les gouttelettes.

Pour transformer les gouttelettes en capteurs, les chercheurs ont conçu une molécule de tensioactif contenant du sucre mannose pour s'auto-assembler à l'interface hydrocarbure-eau, qui constitue la moitié supérieure de la surface des gouttelettes. Ces molécules peuvent se lier à une protéine appelée lectine, qui se trouve à la surface de certaines souches d'E. coli. Lorsque E. coli est présent, les gouttelettes se fixent aux protéines et s'agglutinent. Cela déséquilibre les particules, de sorte que la lumière qui les frappe se disperse dans de nombreuses directions, et les gouttelettes deviennent opaques lorsqu'elles sont vues de dessus.

"Nous utilisons la reconnaissance moléculaire native que ces agents pathogènes utilisent. Ils se reconnaissent grâce à ces schémas de liaison glucides-lectines faibles." dit Swager. "Nous avons profité de la multivalence des gouttelettes pour augmenter l'affinité de liaison, et c'est quelque chose de très différent de ce que les autres capteurs utilisent."

Pour démontrer comment ces gouttelettes pourraient être utilisées pour la détection, les chercheurs les ont placés dans une boîte de Pétri au-dessus d'un code QR qui peut être scanné avec un smartphone. Lorsque E. coli est présent, les gouttelettes s'agglutinent et le code QR ne peut pas être lu.

Tchad Mirkin, professeur de chimie à la Northwestern University et directeur de l'Institut international de nanotechnologie, ont décrit les particules comme "une nouvelle classe puissante d'essais".

"Ils sont d'une simplicité élégante mais reposent sur de nouvelles approches intelligentes pour fabriquer et manipuler des émulsions, " dit Mirkin, qui n'a pas participé à la recherche. "Cette démonstration de validation de concept dans la détection des agents pathogènes d'origine alimentaire est convaincante, car ils constituent une classe majeure d'analytes qui définit un besoin non satisfait dans la communauté des biocapteurs."

Plus rapide et moins cher

Les tests actuels de sécurité sanitaire des aliments impliquent souvent de placer des échantillons d'aliments dans une boîte de culture pour voir si des colonies bactériennes nocives se forment, mais ce processus prend deux à trois jours. Les techniques plus rapides basées sur l'amplification de l'ADN bactérien ou les interactions anticorps-bactéries sont coûteuses et nécessitent des instruments spéciaux.

L'équipe du MIT espère adapter sa nouvelle technologie à des réseaux de petits puits, chacun contenant des gouttelettes personnalisées pour détecter un agent pathogène différent et liées à un code QR différent. Cela pourrait permettre rapidement, détection peu coûteuse de la contamination en utilisant uniquement un smartphone.

"Le grand avantage de notre appareil est que vous n'avez pas besoin d'instruments spécialisés ni de formation technique pour le faire, " dit Zhang. " Cela peut permettre aux gens de l'usine, avant d'expédier la nourriture, pour le scanner et le tester pour s'assurer qu'il est sûr."

Les chercheurs travaillent maintenant à l'optimisation de la préparation des échantillons d'aliments afin qu'ils puissent être placés dans les puits avec les gouttelettes. Ils prévoient également de créer des gouttelettes personnalisées avec des sucres plus complexes qui se lieraient à différentes protéines bactériennes. Dans ce document, les chercheurs ont utilisé un sucre qui se lie à un type non pathogène d'E. coli, mais ils s'attendent à pouvoir adapter le capteur à d'autres souches d'E. coli et à d'autres bactéries nocives.

"Vous pourriez imaginer faire des gouttelettes vraiment sélectives pour attraper différentes bactéries, en fonction du sucre qu'on y met, " dit Savagatrup.

Les chercheurs tentent également d'améliorer la sensibilité du capteur, qui est actuellement similaire aux techniques existantes mais a le potentiel d'être beaucoup plus important, ils croient. Ils espèrent lancer une entreprise pour commercialiser la technologie d'ici un an et demi.

Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un site populaire qui couvre l'actualité de la recherche du MIT, innovation et enseignement.