Biocapteur olfactif

Publié par Redbran le 01/08/2019 à 14:00
Source: CEA

©CEA
Des chercheur de notre institut ont utilisé des protéines de liaison aux odorants de rat pour réaliser des biocapteurs olfactifs sensibles aux composés organiques volatils. Ces biocapteurs présentent une sélectivité élevée, même pour de faibles concentrations, une grande reproductibilité (La reproductibilité d'une expérience scientifique est une des conditions qui permet d'inclure les observations réalisées durant cette expérience dans le processus d'amélioration perpétuelle des...) des mesures et une durée de vie (La vie est le nom donné :) pouvant atteindre deux mois (Le mois (Du lat. mensis «mois», et anciennement au plur. «menstrues») est une période de temps arbitraire.).​

Les composés organiques volatils (COV) sont les principaux composants des odeurs et abondent dans notre environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les...). Au cours des dernières décennies, leur surveillance est devenue une préoccupation, notamment dans le contrôle (Le mot contrôle peut avoir plusieurs sens. Il peut être employé comme synonyme d'examen, de vérification et de maîtrise.) de la qualité de l'air (L'air est le mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est inodore et incolore. Du fait de la diminution de la pression de l'air avec...), dans les procédés industriels de fabrication, la sécurité publique, la santé (La santé est un état de complet bien-être physique, mental et social, et ne consiste pas seulement en une absence de maladie ou d'infirmité.), etc. Pour répondre à ce besoin (Les besoins se situent au niveau de l'interaction entre l'individu et l'environnement. Il est souvent fait un classement des besoins humains en trois grandes catégories : les besoins...) croissant, des capteurs (Un capteur est un dispositif qui transforme l'état d'une grandeur physique observée en une grandeur utilisable, exemple : une tension électrique, une hauteur de...) inspirés du nez (Le nez (du latin nasus) est chez l'homme la saillie médiane du visage située au-dessus de la lèvre supérieure et qui, en le surplombant, recouvre l'orifice des fosses nasales, qui constituent le segment...) biologique, tels que les biocapteurs olfactifs et les nez électroniques, sont développés.

Afin d'améliorer les performances de ces capteurs, notamment la sensibilité et la sélectivité, deux familles de protéines issues du système olfactif des animaux retiennent particulièrement l'attention des chercheurs: les récepteurs olfactifs et les protéines de liaison aux odorants (OBP). Ces dernières sont des candidats idéaux pour de telles applications. Elles sont stables aux variations de température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est reliée aux sensations...) et de pH, aux solvants organiques, elles sont solubles, donc faciles à produire et à purifier, et leurs propriétés de liaison à leurs ligands sont modifiables par mutagenèse.

En collaboration avec le Centre des Sciences du Goût (Pour la faculté de juger les belles choses, voir Goût (esthétique)) et de l'Alimentation (CSGA) de Dijon, des chercheurs du laboratoire Système Moléculaires et nanoMatériaux pour l'Énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) et la Santé de l'Irig ont utilisé des OBP de rat (Le mot « rat » désigne en français, dans le langage vernaculaire certains mammifères rongeurs, le plus souvent du genre Rattus ou au moins de la...) pour réaliser des biocapteurs olfactifs sensibles. Après avoir conçu plusieurs variants génétiques de ces protéines, ils ont été en mesure de montrer leur capacité à fixer et reconnaître le ß-ionone, l'hexanal et l'acide (Un acide est un composé chimique généralement défini par ses réactions avec un autre type de composé chimique complémentaire, les bases.) hexanoïque.

Les biocapteurs olfactifs ainsi obtenus présentent des limites de détection très faibles tant en concentration qu'en poids (Le poids est la force de pesanteur, d'origine gravitationnelle et inertielle, exercée par la Terre sur un corps massique en raison uniquement du voisinage de la Terre. Elle...) moléculaire. Pour expliquer une telle sensibilité, les chercheurs proposent que la liaison des COV aux sites actifs de ces OBP induirait un changement de conformation (En chimie, la conformation d'une molécule est l'arrangement spatial des atomes qui la composent. Les molécules dans lesquelles les atomes sont liés chimiquement de...) de ces protéines. Ce changement entraînerait une variation de l'indice local réfraction (En physique des ondes — notamment en optique, acoustique et sismologie — le phénomène de réfraction est la déviation d'une onde lorsque la vitesse de celle-ci change entre deux milieux. Typiquement, cela se produit à...) à laquelle l'imagerie (L’imagerie consiste d'abord en la fabrication et le commerce des images physiques qui représentent des êtres ou des choses. La fabrication se faisait jadis soit à la main, soit par impression mécanique ; elle se...) par résonance (Lorsqu'on abandonne un système stable préalablement écarté de sa position d'équilibre, il y retourne, généralement à travers des oscillations propres. Celles-ci se...) plasmonique de surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et est souvent abusivement confondu avec sa mesure,...) (SPRi), ici utilisée en tant que transducteur (Un transducteur est un dispositif convertissant une grandeur physique en une autre.), est extrêmement sensible. Autres atouts de ces biocapteurs: ils présentent une sélectivité élevée, en particulier à des concentrations de COV relativement faibles, et permettent une grande reproductibilité des mesures, ainsi qu'une bonne stabilité avec une durée de vie pouvant atteindre près de deux mois. D'autres travaux pourraient ouvrir la voie à la conception et à l'utilisation de nouvelles protéines olfactives fabriquées sur mesure pour cibler spécifiquement un plus large éventail de COV à fort impact sociétal.

Note:
- Le ß-ionone est un composé aromatique rencontré dans une variété d'huiles essentielles qui contribue de façon significative à l'odeur de framboise (La framboise est le fruit du framboisier (Rubus idaeus), un arbrisseau de la famille des rosacées.).
- L'hexanal se retrouve dans le vin. Il provient de la pellicule du raisin et serait selon sa maturité, responsable des notes plus ou moins herbacées qu'on retrouve quelques fois dans le vin.
- L'acide hexanoïque donne une odeur grasse et fromagère.


Références publication:
Hurot C, Brenet S, Buhot A, Barou E, Belloir C, Briand L and Hou Y. Highly sensitive (Le Mimosa pudica ou sensitive est une plante rampante de 10 à 40 cm de haut (pouvant atteindre dans la nature un peu plus d'un mètre), appartenant à la famille des Fabaceae (et anciennement aux...) olfactory biosensors for the detection of volatile organic T compounds by surface plasmon resonance imaging. Biosensors and Bioelectronics, 2019
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