Nez artificiel à base d'ADN

Les scientifiques ont trouvé un moyen d'identifier rapidement les séquences d'ADN idéales pour détecter une odeur particulière et de transformer l'ADN séché en détecteurs d'odeurs. Alors que de nombreux chercheurs travaillent sur un nez électronique pour détecter les toxines et les explosifs, cette nouvelle plate-forme pourrait être utilisée pour créer un large éventail de capteurs à l'aide d'équipements de biologie moléculaire à haut débit existants.

Renifleur intelligent : Le nez électronique de Cogniscent (ci-dessus) utilise désormais des capteurs fabriqués à partir de courtes séquences d'ADN simple brin qui peuvent détecter des produits chimiques toxiques et explosifs dans l'air.

Maintenant, ce que nous pouvons faire, c'est prendre un microréseau de 20 000 capteurs… et choisir les capteurs qui répondent le mieux aux odeurs d'intérêt, explique le chercheur principal Joël Blanc de conscient , une entreprise basée à North Grafton, MA, qui fabrique des dispositifs de détection d'odeurs.

Par rapport aux technologies de capteurs artificiels développées pour la vision et l'audition, notre capacité à imiter les sens chimiques - l'odorat et le goût - est relativement primitive. Pour détecter des matériaux explosifs tels que le TNT, les scientifiques conçoivent généralement des polymères hautement spécifiques qui émettent une fluorescence lorsqu'ils entrent en contact avec leurs composés cibles. Mais la construction d'une plate-forme de nez électronique plus généralisée qui pourrait détecter une plus large gamme de produits chimiques n'a pas été possible.

Au cours de la dernière décennie, White et neuroscientifique John Kauer de l'Université Tufts ont travaillé à l'amélioration de leur nez électronique breveté, un appareil portable qui contient un ensemble de 16 types de capteurs en polymères synthétiques. Ces polymères sont réactifs de manière croisée, de sorte que plusieurs types de capteurs peuvent changer de forme en réponse à une seule odeur, une conception analogue au nez humain. Les polymères sont teints avec un marqueur fluorescent et leurs modèles d'activation peuvent être surveillés via des capteurs électroniques optiques et analysés par un microprocesseur intégré. Mais après 10 ans de travail acharné, le couple n'avait pu incorporer qu'une cinquantaine de polymères synthétiques, bien moins que les 1 000 capteurs estimés dans un nez humain, qui peuvent réagir à quelque 10 000 odeurs différentes.

Il y a plusieurs années, le duo a décidé de tester l'ADN, un polymère naturel omniprésent dans les laboratoires de biologie où les scientifiques passent le plus clair de leur temps. Lorsque nous avons commencé à en parler avec les gens, personne n'imaginait que l'ADN marqué par un colorant séché sur un substrat répondrait aux odeurs, dit White.

Les scientifiques ont commencé leurs expériences au hasard : en récupérant de courts morceaux d'ADN simple et double brin dans les laboratoires voisins de Tufts et en examinant leurs réponses à plusieurs composés standard. Leurs premières expériences avec de l'ADN double brin marqué par colorant leur ont donné un indice que l'approche pouvait fonctionner, mais toutes les séquences qu'ils ont essayées ont répondu aux odeurs de la même manière.

L'ADN simple brin, en revanche, fournissait des réponses reproductibles aux odeurs, et cette réponse dépendait de la séquence spécifique de quatre types de nucléotides qui composent le code génétique. Avec une séquence typique d'environ 20 nucléotides de long, l'équipe a le potentiel de créer des millions de types de capteurs. Dans le numéro actuel de Biologie PLoS , les chercheurs décrivent la réponse de seulement 30 séquences, mais White dit qu'ils ont maintenant identifié des centaines de séquences d'ADN utiles, dont une qui répond à la signature de vapeur des mines terrestres contenant du TNT, une découverte inhabituelle indiquant la polyvalence de la technique.

Alan Gelperin chez Philadelphie Centre des sens chimiques de Monell salue la découverte comme une étape majeure. L'ensemble du domaine a été entravé par un manque de technologie de capteurs diversifiée, dit-il. C'est la première démonstration que [l'ADN] pourrait être utilisé de cette manière. Depuis le premier apprentissage de l'approche lors d'une conférence, Gelperin a collaboré avec un physicien de l'Université de Pennsylvanie Charlie Johnson pousser le concept un peu plus loin en incorporant un affichage électronique fait de transistors à nanotubes de carbone.

Pour l'instant, White dit que son équipe a incorporé ses capteurs d'ADN aux côtés des polymères synthétiques dans des projets ciblés, y compris un dispositif de détection du gaz ammoniac, qui serait utile pour avertir les intervenants d'urgence en cas de déversements toxiques ou pour surveiller la pollution causée par les opérations d'élevage. Il dit qu'il existe même un intérêt parmi les viticulteurs pour le développement d'un appareil qui pourrait aider à détecter les vins contrefaits. C'était une nouvelle pour moi, dit White en riant.

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