Une expérience de l’Université du Massachusetts a produit des nanofils organiques capables de sentir l’ammoniac.
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Des chercheurs de l’Université du Massachusetts de Amherst, à 50 kilomètres à l’Est de Boston aux Etats-Unis, ont mis au point une technologie de nanofils très particuliers.
Ces nanofils sont en fait programmés pour ‘sentir’ une grande variété de molécules chimiques spécifiques, y compris celles libérées par des personnes souffrant de problèmes médicaux, comme l’asthme et des problèmes rénaux.
Ces fils spéciaux sont 10 000 fois plus fins qu’un cheveu humain, ce qui permet d’imaginer en empiler des dizaines, des centaines, voire des milliers, chacun réglés pour détecter une molécule différente.
Et ces fils renifleurs sont produits et cultivés à l’aide de bactéries très communes, ce qui en fait une technologie organique et donc écologique, et biodégradable… comme le nez humain, qui a été l’inspiration de ce projet.
Les auteurs principaux de l’étude, Derek Lovley et Jun Yao, tout deux de l’UMass Amherst, expliquent :
« Le nez humain possède des centaines de récepteurs, chacun étant sensible à une molécule spécifique. Ils sont beaucoup plus sensibles et efficaces que n’importe quel dispositif mécanique ou chimique que l’on pourrait concevoir. Nous nous sommes demandé comment nous pourrions tirer parti de la conception biologique elle-même plutôt que de recourir à un matériau synthétique. »
L’équipe a alors réfléchi à imiter la nature, comme très souvent performante à résoudre des problèmes. La solution trouvée commence par une bactérie nommée « Geobacter sulfurreducens », que le docteur Derek Lovley connait bien, depuis une première publication dédiée en 1987, et qu’il a déjà utilisée pour construire un « biofilm », capable de produire de l’électricité à partir de la sueur humaine.
De manière surprenante, la capacité de « G. sulfurreducens » à produire naturellement de petits nanofils conducteurs d’électricité est remarquable, et c’est sa principale propriété connue.
Mais il est difficile d’utiliser « Geobacter sulfurreducens » à grande échelle, car il s’agit d’une bactérie sensible aux variations, et qui a besoin de conditions particulières pour se développer.
Alors les chercheurs et leur équipe se tournent vers une solution alternative, la génétique :
« Nous avons pris le ‘gène des nanofils’ – appelé piline – de G. sulfurreducens et l’avons inséré dans l’ADN d’Escherichia coli, l’une des bactéries les plus répandues dans le monde. »
En insérant le gène « piline » de la bactérie à une souche de « E. coli », Derek Lovley et Jun Yao l’ont modifié pour qu’elle contienne un peptide spécifique (du nom de DLESFL), qui est particulièrement sensible à l’ammoniac. Pourquoi l’ammoniac ? Car le produit chimique est fréquemment observé dans l’haleine de personnes atteintes de maladies rénales.
Leur bactérie d’Escherichia coli génétiquement modifiée a alors produit de petits nanofils, hérissés du peptide choisi, et donc sensibles à l’ammoniac (grâce au gène « piline » modifié qui a été épissé avec son ADN).
Les chercheurs ont ensuite créé un capteur à partir de ces nanofils sensibles à l’ammoniac. Et la modification génétique des nanofils les aurait rendus 100 fois plus sensibles à l’ammoniac qu’ils ne l’étaient de base.
Et cette première réussite pourrait aller beaucoup plus loin. En créant des peptides sur-mesure, réagissant à des molécules connues pour leur lien avec des pathologies, il serait possible de créer des nez bioniques détecteurs de maladies !
Toshiyuki Ueki, un des autres auteurs de cette étude, et également de l’UMass Amherst, explique :
« Il est possible de concevoir des peptides uniques, dont chacun se lie spécifiquement à une molécule. Ainsi, à mesure que l’on identifie davantage de molécules traceuses émises par le corps et qui sont spécifiques à une maladie particulière, nous pouvons fabriquer des capteurs qui intègrent des centaines de nanofils renifleurs de produits chimiques différents pour surveiller toutes sortes de conditions de santé. »
De plus, ces nanofils organiques produits avec des bactéries ordinaires fonctionnent beaucoup mieux que les capteurs créés et/ou étudiés précédemment, qui sont fabriqués à partir de nanofils traditionnels en silicium, en métal ou en nanotubes de carbone.
Surtout, ces matérieux peuvent être toxiques, cancérigènes, ne sont pas biodégradables, et sont chers à produire en ressources et en énergie. Ce qui n’est pas le cas des nanofils de Lovley et Yao !
Assez peu onéreux, organiques et donc 100% biodégradables, flexibles, et sans danger pour la santé, ces fils pourraient bien être une évolution de rupture dans un pan entier de la recherche médicale !
Le professeur Jun Yao ajoute :
« L’un des aspects les plus passionnants de cette ligne de recherche est que nous donnons à l’ingénierie électrique une direction fondamentalement nouvelle. Au lieu de fils fabriqués à partir de ressources brutes rares qui ne se biodégradent pas, la beauté de ces nanofils de protéines est qu’il est possible d’utiliser la conception génétique de la vie pour construire une plateforme stable, polyvalente, à faible impact et rentable. »
Une étude publiée dans Science Direct.
