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L'essor des biocapteurs

Martine Lochouarn

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L'essor des biocapteurs

© D.R.

- Bactéries et cellules vivantes sont mises à profit pour réaliser différents types de capteurs.

Quand une chaîne de processus biochimiques est trop complexe à mettre en oeuvre, autant chercher la solution du côté des cellules vivantes, ou plutôt de leur alliance avec la micro-électronique, l'optique et l'informatique. D'où l'effort de développement de biocapteurs cellulaires dont l'éventail d'applications semble presque illimité (sécurité alimentaire et environnement, agronomie, contrôles de sécurité, diagnostic, etc.).

En matière de pollution d'abord, où les solutions développées ont souvent été conçues à l'aide de bactéries génétiquement manipulées. Récemment encore, une équipe de biotechnologie aquatique indienne a mis au point un biocapteur faisant appel à des bactéries pour détecter directement un polluant majeur, le plomb, en milieu aqueux. Ces bactéries, du type Escherichia coli (E. coli), ont reçu deux gènes : l'un leur permet de résister au polluant et l'autre, après quelques heures, d'émettre en présence de plomb une fluorescence verte aisément mesurable. La concentration en polluant est directement donnée par l'importance de la fluorescence, avec une exactitude de 95 %. Le procédé est insensible aux autres métaux lourds, à l'exception du zinc qui provoque une fluorescence si faible que la confusion est impossible.

Mesurer la fraction biodisponible d'un polluant

Même approche à l'université de Nantes (Loire-Atlantique). Par insertion dans le chromosome d'E. coli des gènes luxAB codant pour une enzyme catalysant la réaction de bioluminescence, la bactérie "s'illumine" en présence de TBT (tributylétain). Le TBT très utilisé comme biocide dans les peintures antisalissures est aujourd'hui interdit. Cela a permis la mise au point d'un système de détection simple et rapide de cette substance dans les peintures de bateau. Des biocapteurs comparables existent déjà pour le cadmium, le zinc, le cobalt, les organomercuriels et le mercure inorganique. Contrairement aux détecteurs chimiques, qui mesurent le polluant total, ces biocapteurs à bactéries en évaluent seulement la fraction biodisponible, et sont de ce fait parfaitement adaptés aux utilisations environnementales.

Siemens, pour sa part, explore la voie des "cells-on-chip" et cherche, en association avec l'entreprise de biotechnologie allemande Bionas, à mettre au point une biopuce capable de détecter des pollutions atmosphériques ou aquatiques. Des cellules hépatiques sont cultivées en milieu nourricier sur une puce de silicium tapissée d'électrodes. Elles enregistrent, via la mesure de l'impédance électrique, les variations de certains paramètres biologiques sous l'effet des modifications éventuelles du milieu par des polluants. La difficulté réside dans l'obtention d'une adhésion et d'une survie prolongées des cellules sur la puce. Des projets comparables sont en cours avec des neurones ou des cellules cardiaques.

Le développement de biocapteurs cellulaires intéresse également le secteur alimentaire, avec comme cible majeure la sécurité. Exemple, le laboratoire de microbiologie alimentaire de l'université Purdue à Lafayette (États-Unis) qui a mis au point un biocapteur capable de détecter une contamination microbienne par Listéria, la toxine de cette bactérie, et diverses entérotoxines de bacilles pathogènes. Ce biocapteur est formé de globules blancs placés dans une matrice de collagène. Il mesure la toxicité des contaminants pour ces cellules en dosant par colorimétrie une enzyme, la phosphatase alcaline, relarguée dans le milieu en cas de mort cellulaire. Cette cytotoxicité, de l'ordre de 0,4 à 7,6 % pour une bactérie inoffensive, atteint 24 à 98 % selon les souches en cas d'infection par un microbe pathogène. Le résultat est obtenu en 3 à 6 heures.

EN BREF

- Les biocapteurs sont utilisés pour la détection de substances polluantes. l Ils offrent un large éventail d'applications dans la sécurité alimentaire l'environnement, l'agronomie, les contrôles de sécurité, le diagnostic, etc.

LA COURSE AU "BIO-NEZ"

- Des "bio-nez" capables, comme le système olfactif, de reconnaître des concentrations de l'ordre de 10-10 mol/l auraient de multiples applications industrielles. Chaque odeur ayant son ou ses quelques récepteurs spécifiques, c'est surtout vers ces derniers que s'oriente la recherche. Ainsi, Édith Pajot à l'Inra a démontré la faisabilité de biocapteurs à levures génétiquement modifiées. La fixation du composé sur son récepteur (voir photo) modifie sa conformation donc son impédance, et ce changement est capté par la puce intégrée au capteur. Un travail qui intéresse notamment Alpha MOS, le principal fabricant français de nanobiosenseurs.

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