Trouver des moyens rapides et faciles de détecter E. coli dans l'eau potable est crucial pour éviter les risques pour la santé publique. Crédit :Shutterstock
Danemark, comme beaucoup d'autres pays européens, est chanceux. Quand nous nous versons un verre d'eau du robinet rafraîchissant, nous n'avons généralement pas à nous soucier des bactéries.
Grâce à des systèmes d'eau et d'assainissement bien maîtrisés, nous avons de très faibles taux de contamination bactérienne dans notre approvisionnement en eau potable. Et pourtant on peut encore trouver E.coli de temps en temps, en particulier dans les réservoirs d'eau à ciel ouvert où il peut présenter un risque pour la santé publique.
Les méthodes existantes pour détecter E.coli sont lentes et souvent coûteuses, nous avons donc entrepris de développer un plus rapide, approche moins chère en utilisant un petit biocapteur actionné à partir de votre smartphone.
Trouver des matières fécales dans l'eau potable
Scientifiquement parlant, E. coli est une flore normale du tractus intestinal des mammifères. Alors quand on le trouve dans un plan d'eau, comme un lac ou un ruisseau, ou l'eau qui sort de ton robinet, il indique une contamination fécale. Oui c'est vrai, caca d'eau potable contaminée en raison de fuites du système d'assainissement.
Il peut également indiquer la présence d'autres agents pathogènes tels que d'autres bactéries, virus, et parasites, qu'il vaut mieux éviter. L'ingestion de tels agents pathogènes peut provoquer la diarrhée et le choléra, tandis que les parasites peuvent provoquer des vomissements et le syndrome du côlon irritable.
Sans surprise donc, une surveillance rapide et sensible pour détecter précocement ces agents pathogènes est essentielle pour protéger la santé publique.
Un nano détective dans votre téléphone
L'Organisation mondiale de la santé (OMS) considère que l'eau potable est sûre et propre lorsqu'elle ne contient absolument aucune bactérie, pas une seule bactérie dans 100 millilitres d'eau.
C'est comme essayer de trouver un seul poisson dans tout l'océan. Une tâche délicate !
On peut le faire en cultivant les bactéries extraites d'un échantillon d'eau dans un milieu spécifique pendant 24 à 48 heures, puis l'étudier au microscope pour voir s'il contient des E. coli.
Cette méthode fonctionne, mais elle peut prendre jusqu'à trois jours et doit être effectuée par un spécialiste qualifié, ce qui n'est pas génial dans une situation d'urgence. Ils coûtent aussi très cher, jusqu'à 55 $US pour un service commercial.
Notre nouveau capteur d'autre part, détecte E. coli directement dans un échantillon d'eau. Et contrairement à la méthode traditionnelle, il peut détecter une seule cellule d'E. coli en moins d'une heure.
Comment ça fonctionne
Le capteur utilise des particules magnétiques modifiées par l'ADN ajoutées à un échantillon d'eau. Ceux-ci se lient à E. coli et sont isolés par un autre aimant plus gros. Les particules sont ensuite analysées pour E. coli à l'aide d'un appareil contrôlé par un smartphone.
Il utilise ce qu'on appelle la technologie des particules magnétiques d'ADN, qui recherche et isole essentiellement des bactéries spécifiques à l'aide de beaucoup de minuscules, aimants de taille nanométrique, qui peut être mesuré par un appareil spécial contrôlé par une application sur votre téléphone.
Pour analyser la contamination, vous prélevez d'abord un échantillon d'eau et ajoutez les minuscules particules magnétiques, qui sont conçus pour rechercher et se lier à des bactéries spécifiques, dans ce cas E. coli.
Vous insérez ensuite une bande de capteur dans l'échantillon d'eau. C'est un autre aimant qui attire les particules magnétiques de l'ADN, lié à E. coli. La bandelette est ensuite insérée dans un appareil qui effectue une mesure électrochimique et détecte ainsi tout E. coli dans l'échantillon.
Un nouveau capteur surpasse d'autres techniques de détection avancées
Bien entendu, notre capteur n'est pas le seul outil avancé capable de détecter E. coli. Plusieurs autres technologies sont actuellement disponibles. La plupart d'entre eux utilisent des mesures optiques et électriques pour détecter les bactéries.
Techniques optiques, détectent souvent des changements de couleur ou de fluorescence d'organismes dans un échantillon d'eau. Mais cette technique ne peut être utilisée que dans des échantillons d'eau claire, et n'est donc pas très utile dans les échantillons d'eau de rivière trouble ou trouble, par exemple. Ces échantillons devraient d'abord être filtrés avant de pouvoir être analysés, ajouter une étape supplémentaire, et donc le temps, au processus.
Les mesures électriques détectent les bactéries lorsqu'elles enregistrent une diminution du signal électrique en raison des propriétés isolantes de la paroi cellulaire bactérienne. Cette technique est utile car elle aussi peut être miniaturisée, comme notre biocapteur smartphone, et il peut être installé pour surveiller en permanence une source d'eau.
Mais il présente un inconvénient majeur :il se traduit souvent par de faux signaux provenant de particules de la même taille que les bactéries.
Un jeûne, approche ciblée
L'utilisation de particules magnétiques d'ADN nous permet de cibler des bactéries spécifiques, dans ce cas E. coli, et ignorer les autres types courants de bactéries, qui autrement interférerait avec le signal d'E. coli. Par exemple, Bacille, qui se produit dans les rivières du monde entier.
En ciblant un type particulier de bactéries, vous pouvez éliminer les étapes de prétraitement supplémentaires, comme la filtration pour éliminer d'autres bactéries, comme Bacille.
Nous avons également découvert qu'il est possible d'utiliser plus d'une séquence d'ADN pour détecter plusieurs bactéries dans un échantillon d'eau. Nous appelons cette détection par multiplexage et cela rend la surveillance environnementale encore plus rapide et économique.
Il reste encore du travail à faire avant que le capteur ne soit optimisé et prêt à être utilisé par l'industrie. Par exemple, nous devons encore simplifier le traitement initial de l'échantillon et les étapes de détection afin qu'elles puissent toutes être effectuées dans l'appareil.
We hope that it will be ready in the next two to three years when this new sensor will be available to monitor drinking water and lead to cleaner water not only in Denmark, but elsewhere in the world, where clean water is often more precious than gold.
Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation de ScienceNordic, la source de confiance pour les nouvelles scientifiques en anglais des pays nordiques. Lisez l'histoire originale ici.
