L'ancien étudiant diplômé
de l'Université
du Delaware,
Nick Johnson, utilise l'instrument d'imagerie multispectrale pour
examiner la réponse sentinelle des plantes.
«Analyser avant de consommer», source article
de Dante LaPenta paru le 16 mai 2023 dans les nouvelles de
l’Université du Delaware (UD).
Les professeurs en sciences des végétaux de l'UD travaillent avec
une startup du Delaware pour créer une détection nouvelle et rapide
des agents pathogènes d'origine alimentaire.
Rappel de laitue et d’épinards ! Ces avis sont devenus courants
aux États-Unis. Pour protéger les consommateurs, les produits sont
régulièrement analysés pour détecter les bactéries pathogènes
d'origine alimentaire telles que Salmonella,
Listeria monocytogenes et les types pathogènes de E.
coli.
Si une plante est infecté par des agents pathogènes d'origine
végétale, les symptômes de l'infection sont plus faciles à
observer. Cela ne fonctionne pas de cette façon avec les agents
pathogènes humains d'origine alimentaire; vous ne pouvez pas, par
exemple, voir visiblement E. coli sur la surface d'une plante.
Actuellement, des tests rapides sur les aliments peuvent être
effectués, mais il faut encore du temps pour déterminer qui est
malade et d'où provient le produit contaminé. C'est bien trop tard
pour les nombreux Américains qui ont mangé les produits et sont
tombés malades. La solution actuelle, souvent un rappel dans
plusieurs États, devient alors le contrôle des dommages.
Des chercheurs de l'Université du Delaware veulent repérer ces
bactéries avant que quiconque ne tombe malade. Comme détaillé dans
un article publié dans le Journal
of Food Safety, Biospection,
une startup basée à UD et au Delaware, est sur le point d'accélérer
les essais. Les membres du corps professoral Harsh Bais et Kali
Kniel, aux côtés de l'ancien étudiant diplômé Nick Johnson, ont
fait équipe avec Andy Ragone de Biospection pour détecter les
agents pathogènes d'origine alimentaire en trois à six heures.
Microbiologiste de métier, Kniel est un expert des agents pathogènes
croisés comme Salmonella, qui va vers de
nouveaux hôtes comme cette délicieuse laitue fraîche.
«Alors que l'industrie des fruits et légumes travaille avec
diligence pour réduire les risques associés à la contamination
microbienne, des outils comme celui-ci ont un potentiel incroyable
pour améliorer les stratégies de réduction des risques», a dit
Kniel, professeur de sécurité alimentaire microbienne qui travaille
régulièrement avec l'industrie et les agences gouvernementales pour
réduire les risques de maladies d'origine alimentaire. «Des
collaborations comme la nôtre entre des universitaires et des
entreprises de biotechnologie peuvent améliorer la technologie et
avoir un impact sur la sécurité des aliments et la santé
publique.»
Ces agents pathogènes se retrouvent facilement dans les plantes, qui
sont malheureusement des hôtes très accueillants, des hôtes qui ne
peuvent pas vous dire où se trouvent leurs invités.
Tout comme les humains, les plantes utilisent des mécanismes de
défense pour combattre les maladies. Mais certains agents pathogènes
d'origine humaine ont appris à pousser les portes d'entrée ouvertes
d'une plante appelées stomates, les pores des feuilles ou de la
tige, et à s'installer chez eux.
«Parce que ces bactéries ne sont pas de véritables agents
pathogènes pour les plantes, vous ne pouvez pas voir physiquement
les premiers signes que la plante est stressée», a dit Bais,
professeur de biologie végétale à l'UD. «La technologie de
Biospection nous permet de dire, très rapidement, si l'agent
pathogène humain opportuniste est présent dans la plante.»
En tant que physicien chimiste travaillant à Wilmington, Ragone a
fait la connaissance de Kniel et Bais grâce à la communauté
scientifique du Delaware et au partage d'équipements de laboratoire.
Une relation construite au fil du temps, qui a culminé lorsque
Kniel, Bais et Ragone ont demandé et reçu un financement de
recherche d'une subvention du Delaware Biotechnology Institute Center
for Advanced Technology (CAT) pour la technologie scientifique et la
propriété intellectuelle.
Les chercheurs ont combiné leur expertise interdisciplinaire pour
réduire le risque de maladie d'origine alimentaire, une tâche avec
laquelle les chercheurs de l'industrie et universitaires se sont
débattus pendant de nombreuses années. Le résultat ? L'équipe a
créé une plate-forme d'imagerie multispectrale pour examiner la
réponse sentinelle des plantes. Un objectif est d'utiliser cette
technique directement sur un convoyeur, en scannant votre laitue
avant qu'elle ne se rende à l'épicerie.
Alors, comment voyez-vous un symptôme que vous ne pouvez pas voir ?
La technique des chercheurs scanne les feuilles par imagerie
multispectrale et détection UV profonde lorsque la plante attire ces
agents pathogènes. Lorsque les chercheurs ont examiné les bactéries
commensales, ils ont observé peu de changements. Mais, avec des
agents pathogènes dangereux d'origine humaine, l’essai peut
détecter des différences dans la plante attaquée.
«En utilisant Listeria comme exemple, en trois à six
heures, nous constatons une forte baisse des pigments de
chlorophylle», a dit Bais. «C'est un signal fort que la plante
réagit physiologiquement, un marqueur de bactéries inhabituelles.»
La nouvelle technique d'imagerie multispectrale est non invasive et
rapide comme l'éclair par rapport aux analyses actuelles, où un
technicien de laboratoire prélève des feuilles, les broie, met les
bactéries en boîte et entreprend une recherche des bactéries. La
méthode actuelle n'est pas disponible dans le commerce, mais
Biospection a reçu une subvention de recherche sur l'innovation des
petites entreprises de la National Science Foundation en 2022 pour la
développer et la commercialiser en un capteur d'imagerie en temps
réel pour inspecter les plantes à la recherche de maladies et
d'autres stress.
«Harsh et Kali ont certainement joué un rôle déterminant dans les
techniques que nous avons développées avec l'imagerie
multispectrale et l'utilisation de la fluorescence ultraviolette
profonde», a dit Ragone, fondateur et directeur de la technologie de
Biospection. «Nous avons construit un instrument portable qui
pourrait être commercialisé.»
L'agriculture verticale est un secteur agricole qui devrait récolter
les bénéfices de cette nouvelle technologie. Utilisant moins d'eau
et moins d'espace, les fermes verticales sont une étape vitale vers
une agriculture plus durable. Mais lorsqu'il s'agit de maladies, ces
fermes sont tout aussi vulnérables que l'agriculture traditionnelle
de plein air. Une incidence de E. coli signifie qu'une ferme
verticale doit jeter une récolte entière.
Biospection travaille déjà avec des entreprises agricoles pour
intégrer le capteur d'imagerie dans les fermes verticales et, pour
les fermes en plein air, des drones de culture.
«En travaillant avec UD, nous avons jeté les bases scientifiques
pour créer de meilleurs instruments», a dit Ragone. «Nous
travaillons à un instrument portable, automatisé et capable de
donner une réponse en quelques secondes.»
Pour
les recherches futures, Bais a l'œil sur la détermination si cette
technologie peut différencier les différents microbes.
«Si
la réponse sentinelle est différente d'un microbe à l'autre, cela
nous donne l'identité du microbe en fonction de la réponse
sentinelle de la plante. Nous n'y sommes pas encore allés, mais ce
serait la réalisation ultime», a dit
Bais. «Dans une sentinelle, vous pourriez alors différencier les
microbes bénins et dangereux
qui font cela en termes d'une sentinelle.»
