En moins d'une seconde, un petit capteur utilisé dans la recherche en chimie du cerveau peut détecter les molécules clés qui fournissent les instructions génétiques pour la vie, ARN et ADN, une nouvelle étude de l'Université américaine montre.

Les chercheurs de l'UA pensent que le capteur est un outil utile pour les scientifiques engagés dans la recherche clinique pour mesurer le métabolisme de l'ADN, et que le capteur pourrait être un moyen rapide pour les cliniciens de laboratoire de distinguer les échantillons « sains » des « malades » et de déterminer si un agent pathogène est fongique, bactérien, ou virale, avant de poursuivre l'analyse.

Pour déterminer si les capteurs pourraient détecter l'ARN et l'ADN, Alexandre Zestos, professeur assistant de chimie, fait équipe avec John Bracht, professeur agrégé de biologie, pour tester une nouvelle méthode de détection de l'ARN et de l'ADN. Les deux professeurs font partie du Center for Neuroscience and Behaviour de l'UA, qui rassemble des chercheurs de divers domaines pour étudier le cerveau et son rôle dans le comportement.

Une nouvelle électrode mesure l'ARN et l'ADN

Les capteurs, également connu sous le nom de microélectrodes en fibre de carbone, permettre à des chercheurs comme Zestos d'effectuer des mesures précises des substances chimiques dans le cerveau. Les chercheurs peuvent en apprendre davantage sur les circuits complexes du cerveau des voies neuronales et des neurotransmetteurs, produits chimiques dans le cerveau qui transmettent des messages le long d'une voie donnée.

Zestos et Bracht ont utilisé une microélectrode en fibre de carbone typique avec une voltamétrie cyclique à balayage rapide, le même type de capteur utilisé pour détecter la dopamine dans le cerveau. Le travail de Zestos implique fréquemment l'utilisation de capteurs pour détecter et mesurer la dopamine dans le cerveau, parce que le neurotransmetteur figure dans un large éventail d'activités dans le système nerveux, des mouvements corporels aux réponses émotionnelles.

Les chercheurs ont modifié le capteur avec une électrode spécialisée. Ils n'étaient pas sûrs que ça marcherait, et ont été surpris lorsque l'électrode, ou forme d'onde, détecté les pics oxydatifs d'adénosine et de guanosine, deux des éléments constitutifs de l'ADN. Le temps de détection est rapide, survenant en moins d'une seconde. Les méthodes de recherche ont été vérifiées en utilisant à la fois de l'ARN et de l'ADN animaux et synthétiques.

Un outil de recherche et de pré-diagnostic

À court terme, Bracht et Zestos envisagent l'outil comme utile dans la recherche clinique. Les chercheurs qui utilisent l'outil pourraient obtenir des informations utiles sur les acides nucléiques et mesurer les rapports relatifs d'adénosine, guanosine et cytidine, une autre nucléobase d'ADN. De la taille d'un cheveu humain, le capteur est suffisamment petit pour s'implanter dans les cellules, tissu, ou dans des organismes vivants. Le capteur peut détecter l'ADN ou l'ARN dans n'importe quel échantillon de fluide, y compris les gouttelettes de liquide, salive, sang ou urine.

Le capteur pourrait également être utilisé comme pré-diagnostic. L'apparition d'une maladie ou d'une infection fongique peut provoquer une augmentation rapide des acides nucléiques, que le capteur peut mesurer, et peut-être prédire des infections rapides, les chercheurs ont dit. Cela peut prendre jusqu'à un jour ou plus pour les résultats des tests de dépistage du coronavirus, par exemple.

"Les capteurs électrochimiques peuvent être utilisés pour évaluer les échantillons avant les méthodes basées sur la séquence, " Bracht a déclaré. "Nous pouvons envisager plusieurs cas où cliniquement il est utile de mesurer rapidement l'ADN ou l'ARN dans un échantillon avant de poursuivre le séquençage. Par exemple, il peut être utilisé lorsqu'il y a beaucoup d'échantillons à vérifier rapidement avant de faire des tests plus approfondis."

Une limitation actuelle est que le capteur devra détecter plus que les brins d'ADN et d'ARN. Pour détecter un virus spécifique ou pour des tests génétiques, le capteur devra détecter la séquence génétique d'un virus. Une prochaine étape de la recherche consistera à modifier davantage le capteur pour voir s'il peut détecter un virus. Le capteur a potentiellement une variété d'applications pour lesquelles des recherches supplémentaires seront nécessaires, y compris au sein de la science médico-légale et d'autres domaines où les capteurs jouent un rôle de premier plan.

"Nous avons également réfléchi à la possibilité de mesurer le métabolisme de l'ADN à l'intérieur des cerveaux et des cellules vivants, " Bracht a déclaré. "Nous pourrions éventuellement utiliser une électrode pour mesurer les neurotransmetteurs comme la dopamine et également mesurer l'ADN et l'ARN et leurs éléments constitutifs en temps réel dans un cerveau."

La nouvelle recherche est publiée dans la revue de chimie ACS Oméga .