POLLUTION : Des bactéries Wi-Fi pour la détecter

Des capteurs bactériens lisibles par drones ou par satellite

Ainsi, la nouvelle approche utilise à la fois des signaux visuels et les technologies spatiales pour extraire et lire des données cellulaires : « si ces signaux passent inaperçus à proximité et à l’œil nu, à des centaines de mètres de distance, grâce à des caméras spécifiques, il devient possible de les récupérer et de les lire », explique l’un des auteurs principaux, Christopher Voigt, directeur du département de génie biologique du MIT.

L’étude révèle et valide le protocole suivi pour modifier 2 types de bactéries et produire des molécules émettant des longueurs d'onde lumineuses distinctes dans les spectres visible et infrarouge, pouvant être visualisées par des caméras hyperspectrales. Ces molécules « rapporteuses » sont produites grâce à des circuits génétiques qui détectent les bactéries proches, mais l’approche pourrait être adaptée avec n'importe quel capteur existant, précisent les chercheurs.

La technologie permet donc de « brancher et utiliser le capteur de son choix ».

Comment modifier des cellules bactériennes pour qu’elles puissent détecter une substance chimique particulière et transmettre sur une longue distance ? Pour la détection à longue distance, l'équipe du MIT a eu l'idée de modifier des cellules pour produire des molécules rapporteuses hyperspectrales, détectables à l'aide de caméras hyperspectrales. Ces caméras déterminent la quantité de chaque longueur d'onde de couleur présente dans un pixel donné. Au lieu d'être simplement rouge ou vert, chaque pixel contient des informations sur des centaines de longueurs d'onde lumineuses différentes. Actuellement, les caméras hyperspectrales sont utilisées pour des applications telles que la détection de radiations.

2 molécules sont ici confirmées comme des rapporteurs particulièrement adaptés à 2 types de bactéries :

• pour une bactérie du sol appelée Pseudomonas putida, un rapporteur appelé biliverdine, un pigment issu de la dégradation de l'hème ;
• pour une bactérie aquatique appelée Rubrivivax gelatinosus, un type de bactériochlorophylle ;
• pour chaque bactérie, les chercheurs ont introduit les enzymes nécessaires à la production du rapporteur dans la cellule hôte, puis les ont liées à des circuits de capteurs génétiquement modifiés ;
• en d’autres termes, il devient possible d’ajouter un de ces rapporteurs à une bactérie ou à toute cellule possédant un capteur génétiquement codé dans son génome.
• les circuits de détection sont conçus pour la détection de quorum : ils permettent aux cellules de détecter d'autres bactéries à proximité ;
• des bactéries avec capteurs placés dans des boîtes placées dans des champs, des déserts ou sur des toits des bâtiments ont bien produit des signaux détectables par des caméras hyperspectrales montées sur des drones;
• ici, la lecture a été démontrée comme possible à une distance maximale de 90 mètres, mais les chercheurs travaillent actuellement à étendre ces distances.

Quelles applications ? Ces capteurs pourront être déployés à des fins agricoles, par exemple pour mesurer les niveaux d'azote ou de nutriments dans le sol, mais le ministère de la défense américain, qui a soutenu la recherche, envisage également de les adapter à la détection des mines terrestres.