Trouver un moyen rapide et peu coûteux de détecter des souches spécifiques de bactéries et de virus est essentiel pour la sécurité alimentaire, la qualité d'eau, protection de l'environnement et de la santé humaine. Cependant, méthodes actuelles pour détecter les souches de bactéries pathogènes telles que E. coli nécessitent soit des cultures cellulaires biologiques fastidieuses, soit des approches d'amplification de l'ADN qui reposent sur un équipement de laboratoire coûteux.

Maintenant, Josh Hihath, professeur agrégé de génie électrique et informatique à l'Université de Californie, Davis, et ses collègues de l'Université de Washington et de l'Université d'économie et de technologie TOBB à Ankara, La Turquie a adapté un dispositif électronique moléculaire appelé jonction de rupture à molécule unique pour détecter l'ARN de souches de E. coli connu pour causer la maladie. Les résultats ont été publiés en ligne aujourd'hui (5 novembre) dans la revue Nature Nanotechnologie .

"Le fiable, détection et identification efficaces et peu coûteuses de souches spécifiques de micro-organismes tels que E. coli est un grand défi en biologie et en sciences de la santé, " a déclaré Hihath. "Notre technique pourrait ouvrir la voie à rapide, détection directe des agents pathogènes, souches bactériennes résistantes aux antimicrobiens et biomarqueurs du cancer."

Hihath et son équipe se sont concentrés sur E. coli puisqu'il s'agit d'un agent pathogène commun qui pourrait facilement être trouvé dans l'approvisionnement alimentaire, mais pourrait ne pas causer de maladie sous une forme bénigne. La pire souche de E. coli , appelé E. coli O157:H7, produit une substance toxique appelée toxine de Shiga qui provoque une diarrhée sanglante, insuffisance rénale et même la mort.

Les dispositifs de jonction de rupture à molécule unique se composent de deux électrodes métalliques avec des interfaces atomiquement pointues qui sont mises en contact dans une solution liquide d'intérêt, telle qu'une solution contenant des séquences d'ARN de E. coli. Lorsque les électrodes sont mises en contact et séparées, une polarisation électrique est appliquée et le courant est mesuré. Ce processus est répété des centaines ou des milliers de fois pour déterminer la conductance d'une seule molécule.

"L'une des questions que nous avons posées est de savoir dans quelle mesure un petit changement dans la séquence est nécessaire pour provoquer un changement significatif de la conductance électrique?" dit Hihath. "La plus petite chose que nous puissions changer est une base unique, nous avons donc décidé de voir si un changement sur une seule base peut être mesuré."

En testant de courtes séquences d'ARN liées à l'ADN avec des linkers chimiques, l'équipe a examiné un E. coli séquence qui produirait la toxine de Shiga. Leurs résultats ont montré que les changements dans la résistance électrique de l'ARN dus à un changement de base unique pouvaient être mesurés, ce qui leur permettrait de voir non seulement si une séquence était E.coli, mais la souche spécifique d'E.coli qui produit la toxine Shiga.

"Un système capable d'identifier sélectivement de courtes séquences d'ADN ou d'ARN ouvre de nouvelles voies pour développer une plate-forme de capteurs électroniques pour un large éventail d'applications, " ajoute-t-il. " Finalement, nous voulons arriver au point où nous pouvons extraire des échantillons d'ARN d'organismes réels et mesurer leur conductance sur une plate-forme de détection."