Une nouvelle puce avec un capteur fait progresser le diagnostic rapide et rentable des maladies

Un schéma résumé montrant la configuration de base de la chambre de réaction LAMP et du capteur comprenant un film nanopore contenant des produits LAMP immobilisés (Texas A&M AgriLife Illustration).

«Une nouvelle puce avec un capteur fait progresser le diagnostic rapide et rentable des maladies», source AgriLife Today.

Une puce avec un capteur intégré détecte l'agent pathogène de la maladie du mildiou, ainsi que de nombreuses autres.

Des scientifiques et collaborateurs de Texas A&M AgriLife Research de l'Iowa State University ont mis au point une puce avec un capteur capable de détecter de nombreux agents pathogènes avec une sensibilité 10 fois supérieure aux méthodes actuellement disponibles.

La puce élimine également le besoin de réactifs colorants chimiques généralement utilisés dans le processus de diagnostic. La nouvelle technologie est prometteuse pour des capacités rapides de diagnostic et peu coûteuses au point de service des plantes, des aliments, des animaux et des humains, y compris la détection des pathogènes d'origine alimentaire, de la grippe aviaire et de la COVID-19.

Les résultats du nouveau capteur sont disponibles en 30 minutes environ.

Dans leur étude, publiée dans ASC Sensors, les scientifiques ont utilisé le nouveau capteur pour détecter Phytophthora infestans. L'agent pathogène qui provoque le mildiou dévastateur à l'échelle mondiale, une menace particulière pour les cultures de pommes de terre et de tomates.

L’étude a été codirigée par Jinping Zhao, chercheur en postdoc à AgriLife Research à Dallas, et Subin Mao, candidat en génie électrique et informatique à l'Iowa State University. Les auteurs correspondants étaient les collaborateurs Junqi Song, professeur et responsable de la recherche sur l'immunité des plantes chez AgriLife Research à Dallas, et Long Que, professeur de génie électrique à l'Iowa State University. Des subventions de démarrage de chaque université ont financé la recherche.

«Cette recherche fait progresser les technologies qui sont apparues comme l'une de nos plus grandes opportunités pour améliorer l'agriculture, la sécurité des aliments et la santé humaine », a dit Song. «Notre publication représente une étape vers la réalisation de ces puissants outils contre les maladies.»

S'appuyer sur les technologies existantes

Le nouveau capteur améliore une technique connue sous le nom d'amplification isotherme médiée par les boucles, ou LAMP (loop-mediated isothermal amplification), qui est largement utilisée pour détecter les pathogènes en amplifiant leur ADN.

La détection des produits LAMP amplifiés à partir de matrices, telles que l'ADN de pathogènes, nécessite souvent que les produits soient «marqués» à l'aide de colorants fluorescents, un processus coûteux avec une faible sensibilité. Le nouveau capteur diagnostique les pathogènes sans ces réactifs et avec une sensibilité élevée. Il élimine également un long processus de purification de l'ADN qui crée des défis pour l'utilisation au point d’utilisation.

La nouvelle puce consiste en un capteur nanopore à couche mince à l'intérieur d'une chambre de réaction spéciale. Les amorces sont spécialement conçues pour être immobilisées sur le nanofilm, provoquant la liaison des produits LAMP amplifiés au capteur, qui produit des signaux qui peuvent être mesurés directement et facilement avec un spectromètre portable.

Et après

La puce LAMP offre une nouvelle plate-forme portable pour détecter les pathogènes à l'aide de capteurs sans marquage avec une ultrasensibilité. L'équipe de recherche va désormais travailler pour améliorer encore la sensibilité à un niveau sous-attomolaire (1 attomaire : 10^-18 moles par litre) ou même inférieur.

L'équipe vise à compenser les défis actuels de détection et de distinction des espèces et des souches de pathogènes présentant des similitudes de séquence élevée. Ils travailleront également à améliorer la spécificité des détections et à établir une détection quantitative en intégrant l'intelligence artificielle et les technologies d'édition de gènes CRISPR.

Leur objectif est de parvenir à un produit viable pour une large adoption dans les applications de santé végétale, animale et humaine au point d’utilisation.

De la sensibilité réduite de Listeria monocytogenes au chlorure de benzalkonium dans les environnements de transformation alimentaire, selon une évaluation intégrée

On n’en est pas encore à pour qui sonne le glas pour le chlorure de benzalkonium, mais cet article détailé, «Évaluation intégrée de la sensibilité réduite de Listeria monocytogenes au chlorure de benzalkonium dans les environnements de transformation alimentaire», publié dans Applied and Environmental Microbiology, apporte des éléments de discussion à ce sujet.

Résumé

Pendant des décennies, les désinfectants à base de composés d'ammonium quaternaire (CAQ) ont été largement utilisés dans les environnements de transformation des aliments pour maîtriser les pathogènes d'origine alimentaire tels que Listeria monocytogenes. Pour autant, il n'y a pas de consensus sur la probabilité et l'implication d'une sensibilité réduite de Listeria au chlorure de benzalkonium (CB) qui pourrait émerger en raison d'une exposition sublétale aux désinfectants dans les environnements de transformation des aliments. En mettant l'accent sur la transformation des produits frais, nous avons tenté de combler les multiples lacunes en matière de données et de preuves entourant le débat. Nous avons déterminé une forte corrélation entre les phénotypes de tolérance et les déterminants génétiques connus de la tolérance au CB avec un vaste ensemble d'isolats issus de produits frais. Nous avons évalué la sélection du CB sur L. monocytogenes par le biais d'une enquête génomique à grande échelle et structurée par source de 25 083 génomes de L. monocytogenes disponibles publiquement provenant de diverses sources aux États-Unis. En tenant compte des contraintes de l'environnement de transformation, nous avons surveillé le début temporel et la durée de la tolérance adaptative au BC dans les isolats tolérants et sensibles. Enfin, nous avons examiné les concentrations résiduelles de BC dans une installation de transformation de produits frais à différents moments au cours de l'exploitation quotidienne. Bien que les preuves génomiques soutiennent une sélection élevée du CB et la recommandation de rotation des désinfectants dans le contexte général des environnements de transformation des aliments, elles suggèrent également une variation marquée dans l'occurrence et l'impact potentiel de la sélection parmi les différents produits et secteurs. Pour la transformation des fruits et légumes frais, nous concluons que les installations correctement nettoyées et désinfectées sont moins affectées par la sélection du CB et peu susceptibles de fournir des conditions propices à l'émergence d'une tolérance adaptative au CB chez L. monocytogenes.

Importance

Notre étude démontre une approche intégrative pour améliorer les stratégies d'évaluation et de maîtrise de la sécurité des aliments dans les environnements de transformation des aliments grâce à l'exploitation collective des enquêtes génomiques, des tests de laboratoire et de prélèvements des installations de transformation. Dans l'exemple de l'évaluation de la sensibilité réduite de Listeria à un désinfectant largement utilisé, cette approche a fourni des preuves à multiples facettes qui intègrent des signaux génétiques de la population, des résultats expérimentaux et des contraintes du monde réel pour aider à aborder un débat durable d'importance réglementaire et pratique.

Commentaire

Etude qui certainement intéressera les entreprise alimentaires, si des centres techniques veulent bien leur expliquer les résultats et les conséquences pour elles.

Juste une remarque sur le résumé ou plutôt un détail. Il est question de «properly sanitized and cleaned facilities», à savoir «ateliers proprement désinfectés et nettoyés». L’inverse aurait été plus exact, «ateliers proprement nettoyés et désinfectés».

Dans une mini revue de 2019, disponible en intégralité, publiée dans Applied and Environmental Microbiology, «Benzalkonium Chlorides: Uses, Regulatory Status, and Microbial Resistance», les auteurs indiquent,

Notre analyse suggère que l'utilisation omniprésente et fréquente des chlorures de benzalkonium dans les produits commerciaux peut générer des environnements sélectifs qui favorisent les phénotypes microbiens potentiellement résistants à une variété de composés. Une analyse des avantages par rapport aux risques devrait servir de guide pour les mesures réglementaires concernant des composés tels que les chlorures de benzalkonium. 

La figure ci-dessous illustre le marché de plusieurs milliards de dollars du chlorure de benzalkonium.

(A) formule du chlorure de benzalkonium chloride (BAC) et structure. (B) Utilisation des BACs et six types de mécanismes de résistance microbienne rapportés aux BACs.

Mise à jour du 25 octobre 2022

Une autre étude parue dans AEM fournit de nouvelles informations sur la sélection de la tolérance au chlorure de benzalkonium chez L. monocytogenes et d'autres Listeria spp.

La tolérance de Listeria monocytogenes aux composés d'ammonium quaternaire a été soulevée comme une préoccupation en ce qui concerne la persistance de L. monocytogenes dans les environnements de transformation des aliments, y compris dans les environnements de conditionnement et de transformation des produits frais. La persistance de L. monocytogenes peut augmenter le risque de contamination des produits, de rappels d'aliments et d'éclosions de maladies d'origine alimentaire. Notre étude montre que des souches de L. monocytogenes et d'autres Listeria spp. peuvent acquérir des adaptations héréditaires qui confèrent une tolérance accrue à de faibles concentrations de chlorure de benzalkonium, mais ces adaptations n'augmentent pas la survie de L. monocytogenes et des autres Listeria spp. lorsqu'il est exposé à des concentrations de chlorure de benzalkonium utilisées pour la désinfection des surfaces en contact avec les aliments (300 mg/L). Dans l'ensemble, ces résultats suggèrent que l'émergence de souches de Listeria tolérantes au chlorure de benzalkonium dans les environnements de transformation des aliments est une préoccupation limitée, car même les souches adaptées pour obtenir des CMI plus élevées in vitro conservent une sensibilité totale aux concentrations de chlorure de benzalkonium utilisées pour les surfaces en contact avec les aliments.

Toutes les souches de norovirus humains ne sont pas créées égales, dans leur sensibilité à l'interféron

« Toutes les souches de norovirus humains ne sont pas créées égales, dans leur sensibilité à l'interféron », source Bayor College of Medicine.

Les norovirus humains (NoVHu) sont à l'origine de la majorité des cas de gastro-entérite virale dans le monde et entraînent une mortalité importante dans tous les groupes d'âge; pourtant, il n'y a toujours pas de vaccins ou d'autres stratégies thérapeutiques approuvées disponibles.

L'une des raisons des options limitées pour prévenir et traiter cette maladie est la difficulté de faire pousser le virus en laboratoire pour comprendre comment le virus rend les gens malades.

« Des études approfondies sur la façon dont le virus et l'hôte interagissent n'ont été possibles que récemment grâce au développement de plusieurs systèmes de culture en laboratoire », a déclaré le premier auteur Shih-Ching Lin, un étudiant diplômé du laboratoire du Dr Mary Estes au Baylor College of Médicine. « Dans cette étude, nous avons travaillé avec des entéroides intestinaux humains (EIHs), un système de culture qui récapitule de nombreuses caractéristiques de l'infection humaine, pour étudier leur réponse à l'infection par des NoVHu et comment cela affecte la réplication virale. »

De nouvelles travaux éclairent l'interaction entre NoVHu et EIHs

Les chercheurs ont infecté des EIHs avec une souche de NoVHu GII.3 ou une souche pandémique GII.4 et ont déterminé quels gènes des EIHs étaient activés en conséquence.

Ensuite, Lin, Estes et leurs collègues ont étudié l'effet de l'Interféron (IFN) sur la réplication de NoVHu. L'ajout d'IFN aux cultures a réduit la réplication des deux souches, ce qui suggère que l'IFN pourrait avoir une valeur thérapeutique pour les infections à NoVHu. Cela pourrait être important pour les patients immunodéprimés chroniquement infectés qui peuvent souffrir de diarrhée pendant des années.

Pour obtenir des informations sur les gènes de la voie IFN qui contribuent à la réponse antivirale au NoVHu, les chercheurs ont éliminé plusieurs de ces gènes dans des cultures des EIHs, les ont infectés avec la souche GII.3 ou GII.4 et mesuré le taux de prolifération virale.

« Nous avons vu que seule la souche GII.3 était capable de se propager et de se multiplier davantage lorsque les EIHs ne pouvaient pas activer la réponse IFN. La réplication de GII.4, en revanche, n'a pas été améliorée », a dit Estes, responsable de la Fondation Cullen et professeur émérite de virologie moléculaire et de microbiologie à Baylor. Estes est également membre du Dan L Duncan Comprehensive Cancer Center. « C'était passionnant de voir la souche GII.3 proliférer et se répandre dans les cultures comme nous ne l'avions jamais vue auparavant. »

« Les sensibilités spécifiques à la souche des réponses innées de l'IFN à la réplication de NoVHu que nous avons observées fournissent une explication potentielle pour laquelle les infections GII.4 sont plus répandues et deviennent pandémiques », a dit Lin. « Nos résultats montrent également l'importance de garder à l'esprit les différences de souches potentielles lors de l'étude de la biologie de NoVHu et du développement de thérapies. Nos nouvelles cultures d’EIHs génétiquement modifiées seront également des outils utiles pour étudier les réponses immunitaires innées à d'autres agents pathogènes viraux ou microbiens. »

Retrouvez tous les détails sur ceette étude dans les Proceedings of the National Academy of Sciences USA.