Une équipe de physiciens et de chimistes américains a élaboré une nouvelle technologie de détection de bactéries dont l’élément principal est une minuscule sphère en rotation. Les chercheurs affirment que leur technique pourrait être utilisée dans la lutte contre les attaques biologiques ou pour réduire le temps de développement de nouveaux antibiotiques.
Les capteurs biologiques utilisés pour la détection des bactéries et d'autres micro-organismes dangereux facilitent le diagnostic médical de certaines maladies. Les systèmes micro-électro-mécaniques (MEMS) actuellement développés sont basés sur le principe de minuscules cantilevers vibrants dont les variations des fréquences d’oscillation permettent la détection des bactéries qui les touchent. Cependant, il est très difficile de mettre en application ces techniques dans les liquides visqueux, environnement naturel de la plupart des bactéries, à cause de l’amortissement important des vibrations qui réduit grandement la sensibilité du ces dispositifs.
Les physiciens Brandon McNaughton, Raoul Kopelman et leurs collègues de l'université du Michigan ont développé une nouvelle technique pour palier cet inconvénient majeur. Leur dispositif utilise une sphère magnétique de deux microns de diamètre en rotation dans un liquide sous l’effet d’un champ magnétique externe. La sphère est enduite d’anticorps sensibles à certaines bactéries.
(a) Détection unicellulaire : la microsphère magnétique
est enduite d’anticorps spéciaux qui retiennent la bactérie.
(b) Les cercles pointillés indiquent l'emplacement de la microsphère magnétique,
dont l’axe de rotation se situe dans le plan de l'échantillon
Rotation asynchrone
Si la sphère tourne suffisamment rapidement, elle n'est plus synchronisée avec la rotation du champ externe. Cette "fréquence asynchrone de rotation" est extrêmement sensible à de petites variations du frottement du liquide environnant. Quand une bactérie s’attache à la sphère, la vitesse de rotation diminue de manière significative, ce qui peut être observé au moyen de techniques optiques standard de microscopie.
Selon McNaughton, le capteur peut également déterminer si d’autres bactéries se collent à la sphère en mesurant les décalages de fréquence de rotation du capteur. Il peut même indiquer si une bactérie attachée change de taille. Les chercheurs ont utilisé leur technique pour détecter la bactérie commune E. Coli mais ils affirment que leur méthode pourrait être adaptée à d'autres bactéries.
"Cette technologie de détection peut être utilisée dans le domaine de la défense biologique, où des techniques rapides et sensibles sont nécessaires", indique McNaughton, "elle permettrait également de détecter des bactéries dans l’eau ou dans la nourriture. Cependant, notre orientation principale était l’identification des résistances bactériennes (comme celles des "superbugs" (bactéries multirésistantes)) et de déterminer la réceptivité de cette résistance aux antibiotiques". Les chercheurs mentionnent qu'ils ont également travaillé à la surveillance de la croissance bactérienne.
L'équipe élabore actuellement un prototype autonome capable à la fois de détecter les bactéries et de mesurer les réactions de croissance vis-à-vis des antibiotiques. Si tout va bien, ce prototype devrait être capable de fournir ses réponses en quelques heures contre un temps d'attente actuel de plusieurs jours.
