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

Capteurs innovants pour la surveillance de la qualité de l’eau – BACTERIEAU

Face aux enjeux de santé et de protection de l'environnement, BACTERIEAU est un projet de recherche public-privé visant à faciliter le contrôle de la pollution fécale des eaux de boisson et de baignade et la protection des ressources d'eau douce et salée.

Un nouveau dispositif microfluidique utilisant un immunocapteur électrochimique innovant pour la détection des E. coli d’origine fécale dans l'eau

La pollution fécale de l’eau de boisson, de l’eau utilisée dans la fabrication d’aliments ou des eaux récréatives (lacs, piscine, rivière…) peut avoir des impacts importants en terme sanitaire et économique. 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 l’homme. <br />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. <br />BACTERI'EAU a pour objectif de développer un nouveau dispositif microfluidique portable pour le suivi longitudinal de la qualité bactériologique de l’eau (détection in situ, en temps réel et concomitante d’E. coli totaux et pathogènes).

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 ».



Coordinateur du projet

Madame Estelle LOUKIADIS (Laboratoire d'Ecologie Microbienne - VetAgro Sup)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

LEM -VetAgro Sup Laboratoire d'Ecologie Microbienne - VetAgro Sup
ICBMS - UCBL Institut de Chimie et Biochimie Moléculaires et Supramoléculaires
KLEARIA KLEARIA SAS

Aide de l'ANR 706 297 euros
Début et durée du projet scientifique : septembre 2016 - 48 Mois

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