Capteurs innovants pour la surveillance des Escherichia coli dans leau – BACTERIEAU

La stratégie de détection microfluidique des E. coli développée est innovante car reposant sur une compétition entre saccharides, anticorps immobilisés sur le capteur (électrode) et épitopes bactériens (Figure A). La procédure prévoie l'élimination préalable des bactéries non cibles par l'utilisation de glycomimétiques (GM) tels que des molécules de calixarène contenant des résidus de sucre. Ces GM induisent une agrégation de bactéries non cibles, éliminées par filtration séquentielle avant injection dans le dispositif microfluidique. Le signal de transduction révélateur d’interactions avec l’électrode recouverte d'anticorps spécifiques à E. coli provient de la modification de l'interface entre l'électrode et le filtrat et est quantifié par impédancemétrie ou voltamétrie.
Ainsi, différents saccharides ont été synthétisés pour greffage, leur affinité avec différents anticorps bactériens évaluée. Des travaux visant à étudier la possibilité de régénération du capteur ont été menés. Enfin, plusieurs méthodes de prétraitement d’eaux ont été testées pour garantir le meilleur accès possible aux E. coli.

La détection spécifique de monosaccharides fonctionnalisés par des électrodes d’or a été démontrée. Les méthodes de synthèse d’oligosaccharides pour greffage sur système microfluidique ont été optimisées.
Des agrégations significatives d’E. coli ont été obtenues avec les extrêmités fucoses des oligosaccharides synthétisés ainsi qu’avec des anticorps IgG qui sont facilement greffables sur des supports inertes. La régénération du capteur a été validée.
Le pré-traitement des échantillons par la filtration séquentielle a été optimisé par l'ajout de Calix-gal qui réduit le piégeage résiduel d'E. coli.

La mise au point de la voie de synthèse des oligosaccharides a levé des verrous scientifiques, même si des développements restent nécessaires. En termes de microfluidie, des études pour améliorer les protocoles de greffage de composés organiques sur le capteur et limiter les phénomènes d’agrégation de bactéries en flux restent à réaliser. Les résultats obtenus quant aux interactions sucres/glycomimétiques permettent d’envisager de nouvelles approches thérapeutiques, en travaillant à une meilleure compréhension des interactions entre particules virales, substances chimiques et cellules hôtes.

BACTERIEAU a donné lieu à 8 actions de publications et communications scientifiques, ces dernières ayant été limitées du fait du contexte sanitaire et des aspects de confidentialité.

Le contrôle de la pollution fécale des eaux de boisson et de baignade et la protection des ressources (écosystèmes d'eau douce et salée) sont des enjeux majeurs pour la protection de l'environnement en Europe. La bactérie Escherichia coli est considérée comme l'un des meilleurs indicateurs de la qualité microbiologique de l'eau, et est utilisée, dans les eaux douces ou marines, pour prédire les risques d'apparition de gastro-entérites chez les baigneurs . Les techniques actuelles pour le suivi qualité de l'eau nécessitent un échantillonnage d'eau fréquent, un temps d'analyse conséquent et une main-d'œuvre qualifiée. Par conséquent, le développement de méthodes analytiques fiables mais aussi portables, rapides et rentables pour le suivi des dénombrements microbiens dans l'eau constitue un enjeu majeur de santé publique.

BACTERI'EAU vise à développer un nouveau dispositif microfluidique et multiparamétrique utilisant un immunocapteur électrochimique innovant à base de carbohydrates pour la détection spécifique des E. coli dans l'eau et la surveillance in situ et en temps réel (30 minutes) de la qualité bactériologique de l'eau . Deux capteurs seront développés et intégrés sur une même puce : l'un ciblant les E. coli totaux; l'autre, les E. coli pathogènes les plus préoccupants en santé publique (E. coli producteurs de Shiga-toxines).
Cette solution sera simple d'utilisation et permettra des analyses à bas coût, sur site et automatisées pour le suivi en continu (surveillance) de la qualité de l'eau. Cet outil présentera par ailleurs une sensibilité de détection inférieure à 100 UFC/100mL (comme l'exige la réglementation des eaux de baignade) et de quantification comprise entre 100 et 2000 UFC/100mL.

BACTERI'EAU répondra ainsi aux enjeux liés à la qualité des eaux utilisées en industrie, en agroalimentaire et à la surveillance des milieux (eaux récréatives, conchyliculture, eaux de captage).

BACTERI’EAU est un projet collaboratif public-privé associant les compétences et les savoirs-faire en chimie de synthèse, modifications de surface, détection électrochimique, analyses électrochimique, microbiologique et microfluidique de 2 partenaires académiques et de 2 PME à un comité d’utilisateurs finaux. Ce projet répond au défi #1 de l'appel à projet ANR2016, axe 3 « Santé -Environnement ».