Application des biocapteurs pour la détection des pathogènes

De nouvelles méthodes de détection précoce des pathogènes d’origine virale ou bactérienne pourraient sauver des millions de vies et avoir un impact socio-économique important. En effet, la détection d’agents pathogènes est aujourd’hui une préoccupation essentielle aussi bien dans le domaine de la médecine que dans celui de l’environnement ou de l’agroalimentaire. Les techniques d’analyse conventionnelles sont souvent lentes, très coûteuses, lourdes à mettre en œuvre et nécessitent du personnel et des infrastructures spécialisées. En effet, les phases de préparation des échantillons (séparation cellulaire, extraction de l’ADN, marquage, etc.) et d’exploitation des résultats augmentent significativement la durée totale d’analyse. Il existe donc un réel besoin de développer de nouveaux systèmes de détection qui pourront être utilisés en dehors des laboratoires spécialisés. Ces systèmes devraient avoir une haute sensibilité et sélectivité en permettant de détecter efficacement le pathogène d’intérêt dans des mélanges contenant un grand nombre de molécules différentes (biologiques ou non biologiques) et/ou d’autres micro-organismes (non pathogènes).

L’émergence de maladies infectieuses est une menace très importante en santé publique. Bien que la majorité des infections virales ou bactériennes présentent des signaux cliniques très évocateurs et régressent d’elles-mêmes, dans certaines situations le diagnostic précis de l’agent pathogène responsable des signaux observés est nécessaire. Un dépistage rapide en dehors des infrastructures spécialisées ou dans les services d’urgences hospitaliers permettra d’optimiser la prise en charge des malades et d’augmenter les chances de survie des patients. En plus de diminuer les coûts liés à la thérapie, cela permettra de juger de l’efficacité des traitements antiviraux et/ou limitera les échecs thérapeutiques dus à la résistance bactérienne aux antibiotiques.

Les applications des biocapteurs pour la détection des micro-organismes dans les aliments résultent d’une exigence de plus en plus importante dans l’industrie agroalimentaire sur la qualité des aliments et le suivi des différentes étapes de production par des techniques analytiques fiables et peu coûteuses. Une contamination des aliments par des bactéries pathogènes peut provoquer des maladies, des décès et d’énormes dégâts économiques. On estime que les maladies infectieuses d’origine alimentaire, comme celles causées par les bactéries Listeria sp., Escherichia coli ou Salmonella sp., comptent pour 40 % du total des 50 millions de décès recensés chaque année dans le monde. L’utilisation de biocapteurs à forte affinité vis-à-vis des agents pathogènes, capables de les détecter sélectivement et spécifiquement en quelques minutes, conduira à une sécurité alimentaire accrue et réduira les risques sanitaires. Le secteur de la protection et de la surveillance de l’environnement utilise aussi des biocapteurs. Idéalement, le biocapteur pour les mesures sur terrain doit être facile à mettre en œuvre et doit permettre des analyses sans aucun prétraitement de l’échantillon. La tendance est de développer des dispositifs qui peuvent être automatisés et contrôlés à distance. En ce qui concerne la sensibilité analytique, la limite de détection du biocapteur doit permettre de détecter la dose infectieuse, c’est-à-dire la quantité minimale de l’agent pathogène qui peut déclencher l’infection.

Les biocapteurs sont des dispositifs souvent simples et compacts, typiquement constitués d’une partie biosélective qui assure la reconnaissance, et d’une partie transducteur qui transforme des modifications biochimiques induites par la reconnaissance en signal physique mesurable. Les deux parties peuvent être connectées à un système d’exploitation qui permet le traitement des données. Des micro- et nano-biocapteurs appliqués à la détection d’espèces pathogènes sont en cours de développement. La miniaturisation permet de réduire le coût et le temps d’analyse et d’améliorer les performances analytiques des dispositifs. Néanmoins, malgré les efforts de recherche consentis, peu de réalisations commerciales ont été réalisées jusqu’à présent en raison de la difficulté technique qu’implique la fonctionnalisation d’un transducteur par une espèce biologique.

Trois points sont présentés dans cet article :

• le principe de fonctionnement des biocapteurs ;

• le développement des biocapteurs pour la détection des pathogènes et ;

• quelques réalisations de biocapteurs commercialisés pour la détection de virus et de bactéries.