Détection-identification de bactéries par spectrométrie Raman SERS sur surface nanostructurée (DIAGnostic RAMan) – DIAGRAM

La détection-identification des bactéries se fait aujourd'hui par des méthodes basées sur la croissance sur des milieux plus ou moins sélectifs. Ces méthodes de référence ont l'inconvénient de durer 2 à 3 jours, et le besoin de méthodes rapides (quelques heures) est crucial autant pour les patients qui bénéficieraient immédiatement du traitement le mieux ciblé, que pour la santé publique, en évitant l'apparition de résistances aux antibiotiques lorsque les pathogènes sont exposés à un traitement inapproprié. La spectrométrie Raman classique est une technique particulièrement bien adaptée à ce problème, car: 1- l'identification est possible sur de très faibles quantités de biomasse, jusqu'à la bactérie unique, ce qui ouvre la voie à l'analyse directe de l'échantillon où le pathogène peut être mélangé à la flore commensale ou à des contaminations, 2- les bactéries ne sont pas affectées par la mesure, et restent donc disponibles pour un antibiogramme, 3- il y a un espoir d'observer l'effet précoce d'un antibiotique par une étude cinétique. Cependant, le signal Raman est très faible, ce qui impose une instrumentation coûteuse. L'effet Raman exalté en surface (SERS) est un moyen d'amplifier par plusieurs ordres de grandeur le signal Raman utile, ce qui peut conduire 1-à une instrumentation bien plus simple, 2-en réduisant les signaux parasites du substrat, à utiliser des matériaux courants et peu chers. L'effet SERS a été observé et décrit dans la littérature sur des bactéries avec des nanoparticules d'argent, mais la grande hétérogénéité de distribution de ces particules dégrade gravement la reproductibilité du procédé. L'utilisation d'un substrat portant des nano-structures métalliques nous semble pouvoir répondre à cette objection, car la présence d'un motif répétitif dense doit permettre d'obtenir un spectre SERS de bactéries quelles que soient leurs positions sur le composant. Nous proposons donc ici: 1-de rechercher une configuration de substrat/surface nano-structurée optimisée pour fournir un bon spectre SERS de bactéries idéalement isolées, ou au moins en petit nombre. Un composant pour la détection-identification de bactéries sur milieu de culture sera basé sur cette configuration, 2-de valider sur une vingtaine d'espèces bactériennes sélectionnées pour leur représentativité, que les spectres SERS sur le composant défini en 1-, associés à un traitement de signal approprié permettent bien une identification, 3-de concevoir l'instrumentation dédiée à ce composant (microscope-spectromètre, détecteur, algorithmes) qui pourra servir de point de départ à un produit pour le diagnostic en microbiologie, et d'autres applications, par exemple en prévention et sécurité biologique. Ce partenariat regroupe BioMérieux, industriel de premier plan du diagnostic in vitro, qui apporte sa compétence en microbiologie clinique et industrielle, un laboratoire académique, l'UTT/LNIO spécialisé dans la technique du SERS, le CEA-LETI (Grenoble) pour ses capacités en nano-fabrication industrielle, et où l'équipe commune CEA-BioMérieux a acquis une expertise en méthodes physiques d'identification des bactéries, le CEA-LIST (Saclay) spécialisé en algorithmie, et Horiba-Jobin-Yvon, leader en instrumentation pour le Raman. La longue pratique de l'équipe commune CEA-BioMérieux garantit une compréhension immédiate entre biologistes et physiciens, dont nous savons qu'elle est un élément critique de succès pour un programme de 15 mois seulement.