Détecter la pollution de l’eau : l’ordinateur ADN pourrait vous dire si votre eau potable est contaminée

Un simple test de pollution de l’eau impliquant des brins d’ADN modifiés peut signaler les niveaux de contamination, et ce système biologique peut effectuer des opérations logiques comme celles effectuées par les ordinateurs.

La technologie


17 février 2022

Ordinateur ADN

L’ordinateur ADN – bien qu’il ne soit pas configuré pour une analyse formelle

Julius Lucks / Université Northwestern

Un ordinateur biologique contrôlé par ADN offre un moyen simple et bon marché de tester la concentration de contaminants dans l’eau potable. Et les expériences montrent que des opérations logiques empruntées à l’informatique peuvent être intégrées à l’ADN pour rendre les futurs ordinateurs biologiques beaucoup plus puissants pour détecter les contaminants.

Julius Lucks de la Northwestern University dans l’Illinois et ses collègues ont créé en 2020 un biocapteur capable de détecter des contaminants dans une seule goutte d’eau. Il contient des protéines qui réagissent à la présence de certains produits chimiques en produisant des molécules fluorescentes. Cette réaction facilement repérable agit comme un avertissement qu’un échantillon d’eau est pollué par ces produits chimiques.

Les réactions impliquées ont été inspirées par des mécanismes qui ont évolué naturellement au sein des bactéries. Lucks dit que les scientifiques ont d’abord essayé de concevoir les bactéries pour effectuer les tests, mais que c’était un défi de les maintenir en vie et de les empêcher de se propager dans l’environnement. Cela a conduit à la recherche d’une version biologique synthétique acellulaire, où les mécanismes à base de protéines sont retirés des bactéries et utilisés isolément.

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“En biologie synthétique, nous essayons de réutiliser ces machines moléculaires qui détectent les toxines et de les repenser pour qu’elles fonctionnent comme nous le voulons, peut-être de les recâbler pour qu’elles fassent des choses différentes”, explique Lucks. “Vous ne voulez pas vraiment libérer un microbe artificiel dans l’eau dont vous essayez de mesurer la qualité.”

Maintenant, l’équipe a créé une version plus avancée du système qui peut non seulement avertir de la présence de produits chimiques dangereux, mais également signaler les quantités présentes afin que des mesures proportionnées puissent être prises.

Le système, baptisé ROSALIND 2.0, comporte huit petits tubes à essai, chacun contenant un biocapteur avec une sensibilité différente aux contaminants. Si un seul tube brille, l’échantillon d’eau n’a que des traces de contamination. Mais à mesure que de plus en plus de tubes brillent, l’eau se révèle de plus en plus polluée.

Lucks dit que le test fonctionne en utilisant des brins d’ADN “leurres”. Ceux-ci sont conçus pour se lier fortement à un produit intermédiaire clé dans la réaction avec le contaminant, empêchant la production du produit fluorescent final.

Chaque tube contient des quantités progressivement plus grandes de cet ADN. Étant donné que la dernière étape fluorescente de la réaction ne se produit qu’après l’épuisement de l’ADN leurre, cela signifie qu’un tube avec une faible quantité d’ADN leurre peut devenir fluorescent en présence du contaminant, mais un tube avec une grande quantité de cet ADN peut ne pas . Il est possible de mesurer le niveau de contaminant simplement en regardant où le long de la rangée de huit tubes la réaction fluorescente s’arrête.

Lucks et son équipe ont démontré que ROSALIND 2.0 pouvait détecter avec succès le zinc, un antibiotique et un métabolite industriel.

Les tests sans cellule peuvent également être lyophilisés pour un stockage et un transport faciles, puis activés en cas de besoin simplement en déposant un échantillon d’eau dans chaque tube à essai.

L’établissement de la concentration d’un contaminant aide à décider de l’action corrective nécessaire. Si vous avez de petites quantités de plomb dans votre approvisionnement en eau potable, par exemple, vous n’aurez peut-être qu’à rincer les conduites d’eau avant de les utiliser. Mais si vous avez des niveaux élevés, vous devrez peut-être arrêter immédiatement de boire de l’eau.

“Tout le monde devrait avoir ces choses”, dit Lucks. “Vous devez savoir que votre eau est potable.”

Étant donné que la technologie existante pour évaluer la qualité de l’eau peut être coûteuse, il espère que ROSALIND 2.0 pourra y contribuer. “Nous essayons de faire la chose la plus simple et la plus robuste que vous puissiez imaginer, donc c’est, espérons-le, infaillible”, dit-il.

Lucks et son équipe ont également démontré que l’ADN modifié peut être utilisé pour effectuer des opérations logiques, comme celles des ordinateurs. Non seulement on peut le faire réagir à la présence d’un matériau, comme dans ROSALIND 2.0, mais ils pensent qu’on ne peut le faire réagir que lorsque deux produits chimiques spécifiques sont trouvés, ou lorsqu’aucun n’est trouvé. Cela ouvre la voie à une analyse beaucoup plus sophistiquée à intégrer dans des tests tout aussi robustes et simples à utiliser.

Référence de la revue : Nature Chimie BiologieDOI : 10.1038/s41589-021-00962-9

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