Un nouvel élément de reconnaissance pour les biocapteurs

Publié par Isabelle le 28/03/2020 à 14:00
Source: CNRS INC
Au sein des cellules, des protéines appelées facteurs de transcription, reconnaissent spécifiquement diverses molécules. Des chercheurs du LCPO (CNRS/Université de Bordeaux/Bordeaux INP) et de l'université de Boston ont utilisé ce principe pour concevoir un biocapteur pour la progestérone, une hormone (Une hormone est un messager chimique véhiculé par le système circulatoire qui agit à distance de son site de production par fixation sur des récepteurs spécifiques.) liée à la fertilité (Pour le sens commun, la fertilité désigne à la fin du XXe siècle la capacité des personnes, des animaux ou des plantes à produire une descendance viable et abondante. Le terme était généralement...). Publiés dans la revue Nature Communications, ces travaux ouvrent la voie à une nouvelle famille de 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...).


Schéma du senseur de progestérone basé sur un transfert d'énergie (FRET) entre des quantum (En physique, un quantum (mot latin signifiant « combien » et qui s'écrit « quanta » au pluriel) représente la plus petite mesure indivisible, que ce soit celle de...) dots décorés de facteur de transcriptions (vert) et un ADN marqué par un fluorophore (rouge). La présence de progestérone interrompt le FRET (Le transport de marchandises est une activité économique réglementée, à la fois par chaque pays et au niveau international.), ce qui diminue la fluorescence (La fluorescence est une émission lumineuse provoquée par diverses formes d'excitation autres que la chaleur. (on parle parfois de « lumière froide »). Elle peut servir à caractériser un matériau.) du fluorophore tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) en augmentant celle des quantums dots.
© Grazon et al.

Anticorps, protéines ou ADN, de nombreux éléments de reconnaissance utilisés dans les cellules peuvent servir à détecter la présence de composés utiles au diagnostic (Le diagnostic (du grec δι?γνωση, diágnosi, à partir de δια-, dia-, „par, à travers, séparation, distinction“ et...) médical ou au contrôle (Le mot contrôle peut avoir plusieurs sens. Il peut être employé comme synonyme d'examen, de vérification et de maîtrise.) qualité dans l'agroalimentaire. Ces biocapteurs indiquent par exemple la quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire, vecteur, nombre d’objets ou d’une autre manière de dénommer la valeur d’une collection ou un groupe de...) d'hormones présente dans l'urine (L'urine est un liquide biologique composé des déchets de l'organisme. L'urine est secrétée par les reins par filtration du sang, puis par récupération des molécules de l'urine « primitive »...), comme la progestérone liée à la fertilité. Celle-ci est classiquement révélée à l'aide de biocapteurs basés sur les anticorps, une méthode qui coûte cher à développer et produire. Elle ne permet pas non plus de lecture en continu, alors que les taux d'hormones varient en permanence. Des chercheurs du Laboratoire de chimie (La chimie est une science de la nature divisée en plusieurs spécialités, à l'instar de la physique et de la biologie avec lesquelles elle partage des espaces d'investigations communs ou...) des polymères organiques (LCPO, CNRS/Université de Bordeaux/Bordeaux INP) et de l'université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études supérieures). Aux États-Unis, au moment où les...) de Boston ont donc proposé un nouveau biocapteur pour la progestérone, basé sur des protéines appelées facteurs de transcription (FT).

Les FT servent (Servent est la contraction du mot serveur et client.) à fixer l'ADN pour amorcer ou réguler la transcription d'un gène (Un gène est une séquence d'acide désoxyribonucléique (ADN) qui spécifie la synthèse d'une chaîne de polypeptide ou d'un acide ribonucléique (ARN) fonctionnel. On peut également définir un...). Ils peuvent également se lier à un ligand spécifique, et donc à une molécule (Une molécule est un assemblage chimique électriquement neutre d'au moins deux atomes, qui peut exister à l'état libre, et qui représente la plus petite quantité de matière...). Les FT avaient déjà été utilisés comme biocapteur, mais seulement à l'intérieur d'une cellule, ils sont ici déployés pour la première fois en dehors. Les chercheurs ont d'abord identifié un FT sensible à la progestérone au sein de bactéries (Les bactéries (Bacteria) sont des organismes vivants unicellulaires procaryotes, caractérisées par une absence de noyau et d'organites. La plupart des bactéries possèdent une...). La protéine a (la Protéine A est une protéine de surface de 40-60 KDa initialement trouvée dans les parois des bactéries Staphylococcus aureus. Elle est codée par le gène spa, et sa régulation est...) ensuite été conjuguée à des quantum dots, des nanoparticules fluorescentes, tandis que de courts segments d'ADN ont été marqués par un fluorophore (Cyanine 5 - Cy5). Quand ils sont suffisamment proches, quantum dots et ADN peuvent réaliser ce que l'on appelle un transfert d'énergie non radiatif (FRET), qui induit (L'induit est un organe généralement électromagnétique utilisé en électrotechnique chargé de recevoir l'induction de l'inducteur et de la transformer en...) la fluorescence de l'ADN. En présence de progestérone, les FT sur les quantums dots se dissocient de l'ADN: le FRET diminue et la fluorescence des quantum dots augmente. Le ratio de luminescence (La luminescence est une émission de lumière dite "froide", par opposition à l'incandescence qui elle est chaude.) entre ces deux sources indique la quantité d'hormone en solution. Ce biocapteur atteint une limite de détection de 15 nanomoles par litre (Le litre (du grec λίτρα lítra, ancienne mesure de capacité – une livre de douze onces – égale au seizième du...) en progestérone, ce qui est suffisant pour détecter l'hormone dans de l'urine. Les chercheurs comptent à présent pousser la sensibilité de cette preuve de concept, en vue (La vue est le sens qui permet d'observer et d'analyser l'environnement par la réception et l'interprétation des rayonnements lumineux.) par exemple de détecter les hormones dans la sueur (La sueur est un liquide secrété par les glandes sudoripares lors du phénomène de transpiration qui joue un rôle important pour le contrôle de la température du corps (évacuation...). Puisqu'une infinité de FT existe au sein des bactéries, ces travaux ouvrent des perspectives pour quantifier autant de molécules.

Référence:
C. Grazon, R. C. Baer, U. Kuzmanovic, T. Nguyen, M. Chen, M. Zamani, M. Chern, P. Aquino, X. Zhang, S. Lecommandoux, A. Fan, M. Cabodi, C. Klapperich, M. W. Grinstaff, A. M. Dennis, J. Galagan. A Novel Progesterone Biosensor Derived from Microbial Screening. Nat. Commun. 9 mars 2020.
DOI 10.1038/s41467-020-14942-5.

Contacts:
- Chloé Grazon - LCPO - chloe.grazon at u-bordeaux.fr
- Sébastien Lecommandoux - Laboratoire de chimie des polymères organiques - Lecommandoux at enscbp.fr
- James Galagan - Université de Boston - jgalag at bu.edu
- Stéphanie Younès - Responsable Communication (La communication concerne aussi bien l'homme (communication intra-psychique, interpersonnelle, groupale...) que l'animal (communication intra- ou inter-...) - inc.communication at cnrs (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).).fr
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