Les scientifiques et collaborateurs de Texas A&M AgriLife Research à l’Iowa State University ont mis au point une puce de capteur capable de détecter de nombreux agents pathogènes avec une sensibilité 10 fois supérieure aux méthodes actuellement disponibles.
La puce élimine également le besoin de réactifs colorants chimiques généralement utilisés dans le processus de diagnostic. La nouvelle technologie est prometteuse pour des capacités de diagnostic rapides et peu coûteuses au point de service des plantes, des aliments, des animaux et des humains, y compris la détection des agents pathogènes d’origine alimentaire, de la grippe aviaire et du COVID-19.
Un schéma abstrait montrant la configuration de base de la chambre de réaction LAMP et du capteur de film nanopore contenant des produits LAMP immobilisés (Texas A&M AgriLife Illustration)
Les résultats du nouveau capteur sont disponibles en 30 minutes environ.
Dans leurs recherches, publiées dans Capteurs ASCles scientifiques ont utilisé le nouveau capteur pour détecter Phytophthora infestans. L’agent pathogène provoque une maladie mondialement dévastatrice du mildiou – ; une menace particulière pour les cultures de pommes de terre et de tomates.
La recherche a été codirigée par Jinping Zhao, Ph.D., chercheur postdoctoral AgriLife Research à Dallas, et Subin Mao, Ph.D. candidat en génie électrique et informatique à l’Iowa State University. Les auteurs correspondants étaient les collaborateurs Junqi Song, Ph.D., professeur agrégé et responsable de la recherche sur l’immunité des plantes chez AgriLife Research à Dallas, et Long Que, Ph.D., professeur de génie électrique à l’Iowa State University. Des subventions de démarrage de chaque université ont financé la recherche.
« Cette recherche fait progresser des technologies qui sont apparues comme l’une de nos plus grandes opportunités pour améliorer l’agriculture, la sécurité alimentaire et la santé humaine », a déclaré Song. « Notre publication représente une étape vers la réalisation de ces outils puissants contre les maladies. »
S’appuyer sur les technologies existantes
Le nouveau capteur améliore une technique connue sous le nom d’amplification isotherme médiée par boucle, ou LAMP, qui est largement utilisée pour détecter les agents pathogènes en amplifiant leur ADN.
La détection de produits LAMP amplifiés à partir de matrices, telles que l’ADN pathogène, nécessite souvent que les produits soient « marqués » en utilisant des colorants fluorescents – ; un processus coûteux avec une faible sensibilité. Le nouveau capteur diagnostique les agents pathogènes sans ces réactifs et avec une sensibilité élevée. Il élimine également un long processus de purification de l’ADN qui crée des défis pour l’utilisation au point de service.
La nouvelle puce consiste en un capteur nanopore à couche mince à l’intérieur d’une chambre de réaction spéciale. Les amorces sont spécialement conçues pour être immobilisées sur le nanofilm, provoquant la liaison des produits LAMP amplifiés au capteur, qui produit des signaux qui peuvent être mesurés directement et facilement avec un spectromètre portable.
Et après
La puce LAMP offre une nouvelle plate-forme portable pour détecter les agents pathogènes à l’aide de capteurs sans étiquette à ultrasensibilité. L’équipe de recherche va maintenant travailler pour améliorer encore la sensibilité à un niveau sous-attomolaire ou même inférieur.
L’équipe vise à compenser les défis actuels de détection et de distinction des espèces et des souches d’agents pathogènes présentant des similitudes de séquence élevée. Ils travailleront également à améliorer la spécificité des détections et à établir une détection quantitative en intégrant l’intelligence artificielle et les technologies d’édition de gènes CRISPR.
Leur objectif est de parvenir à un produit viable pour une large adoption dans les applications de santé végétale, animale et humaine au point de service.
