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Un détecteur d'arsenic simple et sûr
Des chercheurs de l'Université d'Édimbourg, en Écosse, ont génétiquement modifié la bactérie E. coli pour détecter des traces d'arsenic dans l'eau potable. Ils espèrent que la technologie basée sur les bactéries mènera à terme à des kits de test d'arsenic sur le terrain sûrs, précis et faciles à utiliser. Chris French, professeur de biotechnologie microbienne à Édimbourg, affirme que de tels tests pourraient être aussi faciles à utiliser que les tests de grossesse à domicile et ne nécessiteraient pas de technicien qualifié.
Une équipe d'étudiants de l'Université d'Édimbourg dispose de bactéries génétiquement modifiées pour détecter l'arsenic dans l'eau. En combinaison avec une goutte d'indicateur de pH (à l'extrême droite), les échantillons deviennent rouges (au milieu) en présence d'arsenic et jaunes en son absence.
L'empoisonnement à l'arsenic affecte des millions de personnes dans le monde. L'un des pays les plus durement touchés est le Bangladesh, où jusqu'à 35 millions de personnes tirent leur eau potable de puits contaminés à l'arsenic, selon l'Organisation mondiale de la santé. Ces dernières années, des efforts concertés ont été déployés pour cartographier la répartition de l'arsenic et signaler les puits contaminés. Dans certains cas, des scientifiques et des travailleurs humanitaires ont envoyé des échantillons d'eau à tester en laboratoire à l'aide de techniques de fluorescence, un processus coûteux et long. Dans d'autres cas, ils ont utilisé des kits de test portables. La plupart de ces tests sur le terrain, cependant, nécessitent une formation pour utiliser et produire des produits chimiques toxiques, tels que l'arsine gazeuse.
Les kits de terrain existants présentent certainement certains inconvénients, dont l'élimination des substances toxiques, explique Gregory Miller, géochimiste de l'arsenic chez Subsurface Technologies, une entreprise d'assainissement de l'environnement à Socorro, dans le Nouveau-Mexique. Un détecteur idéal doit avoir une faible limite de détection, une haute précision et aucun flux de déchets impliqué.
Le détecteur d'arsenic développé à Édimbourg est l'un des premiers exemples pratiques d'un dispositif construit en utilisant les principes de la biologie synthétique. Le but de la biologie synthétique est, tout d'abord, d'identifier la fonction précise de séquences d'ADN particulières, ou de parties génétiques. Certaines parties peuvent contrôler certaines protéines. D'autres peuvent agir comme des commutateurs pour les processus cellulaires. Ensuite, les chercheurs se mélangent et s'associent pour voir comment différentes parties s'assemblent pour former de nouveaux circuits génétiques, créant de nouvelles fonctions biologiques au sein d'organismes vivants, tels que les bactéries.
Drew Endy, professeur adjoint de génie biologique au MIT, compare la biologie synthétique à la construction avec Lego. Il a aidé à assembler un registre de pièces génétiques standard en tant que ressource que les scientifiques peuvent emprunter, développer et compléter. Endy est également cofondateur d'iGEM, le concours annuel international de machines génétiquement modifiées, au cours duquel le biocapteur d'arsenic à base de bactéries d'Édimbourg a remporté le prix de la meilleure application dans le monde réel en 2006.
Le groupe d'Edimbourg a découvert que la bactérie E. coli possède deux séquences génétiques apparemment sans rapport qui, en combinaison, forment un dispositif efficace de détection d'arsenic. D'abord, E. coli possède un système naturel de détoxification de l'arsenic qui n'est activé qu'en présence d'arsenic. La bactérie décompose également naturellement le lactose pour produire de l'acide. Les chercheurs ont isolé le gène arsenic-switch et l'ont attaché au premier gène impliqué dans la dégradation du lactose.
Ils ont émis l'hypothèse que lorsque l'arsenic entre en contact avec ce E. coli , il va activer le switch arsenic, dont le gène va à son tour activer la dégradation de l'acide lactique. French dit qu'un simple test de couleur peut alors détecter le changement résultant des niveaux de pH, indiquant également la présence d'arsenic. Il fonctionne dans des conditions de laboratoire, mais nous ne l'avons pas testé avec de vrais échantillons d'eau, dit-il.
Jusqu'à présent, l'équipe a travaillé avec des solutions contrôlées en laboratoire relativement propres d'eau et d'arsenic inorganique mélangés à des E. coli et un indicateur de pH dans un tube en verre scellé. Après un certain temps, l'eau devient rouge ou jaune, selon la présence ou l'absence d'arsenic. Un inconvénient potentiel est le temps de latence du test : il faut environ cinq heures pour que les interactions biologiques se terminent.
En fin de compte, le groupe espère concevoir un kit simple et bon marché de poudre de bactéries lyophilisées et d'indicateur de pH dans un tube en plastique jetable à bouchon à vis. Dans un avenir proche, le groupe de French pourrait tester sa conception sur des échantillons d'eau réels du Bangladesh qui contiennent d'autres matériaux biologiques et chimiques. Pour l'instant, les chercheurs ont ajouté leur appareil au registre des bio-briques d'Endy pour d'autres scientifiques qui pourraient vouloir construire un meilleur biocapteur d'arsenic.