Des nanofils issus de bactéries se sont retrouvés sur des capteurs qui font office de nez artificiel pour détecter les maladies rénales.
Les puissants museaux des chiens sont réputés pour leur capacité à tout détecter, des maladies aux explosifs, mais la science rattrape rapidement son retard avec sa propre gamme de nez artificiels. Aujourd’hui, dans la percée la plus récente dans ce domaine passionnant, des chercheurs ont utilisé des bactéries E. coli génétiquement modifiées pour faire tourner des nanofils électriquement conducteurs capables de détecter les molécules odorantes créées par les maladies rénales. De plus, ils affirment que leur usine de fabrication microbienne peut être réglée pour créer d’autres fils afin de détecter d’autres conditions médicales.
Lorsqu’il s’agit de percevoir le monde qui nous entoure par le nez, les humains sont loin d’égaler leurs compagnons canins. Dans un effort pour rattraper leur retard, les scientifiques ont travaillé dur au fil des ans, créant un éventail vertigineux de capteurs d’odeurs artificiels. Nous avons vu des « nez » artificiels capables de détecter un cancer dans des échantillons de sang ou d’urine, de déceler la maladie de Parkinson à partir de l’odeur de la peau, de repérer des bactéries dans l’eau, de retrouver des personnes ensevelies sous les décombres d’une catastrophe naturelle et de renifler des toxines dangereuses dans l’air.
Selon des chercheurs de l’université du Massachusetts Amherst (UMA), le problème de la plupart des nanofils utilisés dans ces capteurs est qu’ils sont fabriqués à partir de matériaux toxiques et non biodégradables tels que le silicium ou la fibre de carbone. Pour résoudre ce problème, l’équipe de recherche s’est tournée vers une solution bactérienne.
L’année dernière, le microbiologiste Derek Lovley et l’ingénieur en électricité et en informatique Jun Yao ont utilisé une bactérie dénommée Geobacter sulfurreducens pour créer un biofilm portable qui produit de l’électricité à partir de la sueur. Le succès de cette expérience reposait sur la capacité de la bactérie à faire pousser des fils extrêmement petits capables de conduire l’électricité. L’équipe a décidé de mettre ces nanofils au service de son nouveau nez artificiel.
Cependant, la G. sulfurreducens est difficile à cultiver, car elle a besoin de conditions très particulières pour se développer. L’équipe a donc demandé l’aide d’une bactérie beaucoup plus résistante.
« Ce que nous avons fait », explique Derek Lovley, « c’est prendre le « gène du nanofil » – appelé piline – de G. sulfurreducens et l’épisser dans l’ADN d’Escherichia coli, l’une des bactéries les plus répandues dans le monde. »
En plus de faire en sorte que E. coli commence à produire des nanofils, Derek Lovely et Jun Yao ont également effectué une modification génétique supplémentaire qui a permis à ces fils d’être recouverts d’un peptide baptisé DLESFL. Cela a rendu les fils 100 fois plus sensibles qu’auparavant à l’ammoniac, un sous-produit présent dans l’haleine des personnes souffrant de maladies rénales. Les fils biologiques ont ensuite été implantés sur un capteur qui s’est avéré plus efficace pour détecter l’ammoniac que les capteurs précédents fabriqués à partir de matériaux traditionnels.
« L’un des aspects les plus passionnants de ce domaine de recherche est que nous donnons à l’ingénierie électrique une direction fondamentalement nouvelle », a déclaré Jun Yao. « Au lieu de fils fabriqués à partir de ressources brutes rares qui ne seront pas biodégradables, la beauté de ces nanofils de protéines est que vous pouvez utiliser la conception génétique de la vie pour construire une plate-forme stable, polyvalente, à faible impact et rentable. »
Les chercheurs affirment que les minuscules usines bactériennes pourraient être utilisées pour produire des fils recouverts de différents peptides qui pourraient détecter les fabricants chimiques d’autres maladies.
« Il est possible de concevoir des peptides uniques, dont chacun se lie spécifiquement à une molécule d’intérêt », a déclaré Toshiyuki Ueki, coauteur de l’étude. « Ainsi, à mesure que l’on identifie davantage de molécules traceuses émises par le corps et qui sont spécifiques à une maladie particulière, nous pouvons fabriquer des capteurs qui intègrent des centaines de nanofils renifleurs de produits chimiques différents pour surveiller toutes sortes d’états de santé. »
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0956566323000891?via%3Dihub
