Développement de biocapteurs pour la détection des pesticides glyphosate et thiabendazoles dans l'eau.

Development of biosenseors for the detection of glyphosate and thiabendazole pesticides in water.

• Auteur / Autrice : Mohamed Amine Berkal
• Direction : Corinne Nardin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie analytique et environnement
• Date : Soutenance le 25/10/2023
• Etablissement(s) : Pau
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences Exactes et leurs Applications
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des sciences analytiques et de Physico-chimie pour l'Environnement et les Matériaux - Institut des sciences analytiques et de physico-chimie pour l'environnement et les materiaux
• Jury : Président / Présidente : Bruno Grassl
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Corinne Nardin, Franck Molina, Fouzia Boulmedais
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Franck Molina, Fouzia Boulmedais

Mots clés

Mots clés contrôlés

Tiabendazole

Effets de la qualité de l'eau

Glyphosate

Biocapteurs

Eau -- Pollution par les pesticides

Mots clés libres

Glyphosate

Aptamère

Aptacapteur

Biocapteur

Thiabendazole

Biocapteur basé sur l'inhibition enzymatique

Glyphosate

Aptamer

Aptasensor

Biosensor

Thiabendazole

Enzyme-Inhibition based biosensor

Résumé

Cette thèse s'inscrit dans le projet CAPTAIN AD HOC, qui vise à détecter les pesticides émergents dans les eaux environnementales. En partenariat avec l'agence de l'eau de Pau, une liste des pesticides fréquemment présents dans ces eaux a été établie. Deux pesticides ont été choisis pour une détection spécifique : le glyphosate, herbicide le plus utilisé au monde et le thiabendazole, fongicide et additif alimentaire.L'objectif principal était de détecter ces pesticides sur le terrain, en temps réel, grâce à des biocapteurs spécifiques. Les biocapteurs associent une molécule de bioreconnaissance, telle qu'un aptamère, à une plateforme de détection, comme une électrode ou un système optique. Cette molécule réagit avec la cible, provoquant des changements détectables pour quantifier la molécule recherchée.Les aptamères se sont révélés prometteurs pour cette recherche, en raison de leur stabilité et de leur coût de développement réduit. Trois aptamères spécifiques au glyphosate (GLY1, GLY2, GLY3) ont été identifiés. Pour le thiabendazole, un aptamère fourni par Novaptech a été utilisé.Pour les aptamères anti-glyphosate, bien que l'interaction spécifique ait échoué, une inhibition de l'exonucléase I par le glyphosate a été découverte. Cela a permis de développer un biocapteur de fluorescence pour détecter spécifiquement le glyphosate, avec une limite de détection supérieure à 100 µM.L'aptamère du thiabendazole n'a montré aucune variation significative du signal électrochimique lors de ses tentatives d'immobilisation sur une plateforme électrochimique, probablement en raison d'un changement de conformation insuffisant. En revanche, la thrombine, une grande molécule, a généré des variations électrochimiques significatives grâce à son aptamère correspondant. Ceci est dû à l'adsorption de la thrombine sur l'électrode, réduisant le passage des électrons.Malgré l'échec de la plateforme électrochimique pour détecter le thiabendazole, un aptacapteur de fluorescence a été développé en utilisant l'exonucléase I et la spectroscopie de fluorescence. Il détecte le thiabendazole sur une plage de 0 à 100 µM, avec une limite de détection de 1 µM.Cet aptacapteur de fluorescence offre une détection rapide et spécifique du thiabendazole dans les eaux environnementales, ouvrant la voie à des applications similaires pour d'autres cibles spécifiques grâce à des aptamères dédiés.

This thesis is part of the CAPTAIN AD HOC project, which aims to detect emerging pesticides in environmental waters. In collaboration with the Pau Water Agency, a list of commonly found pesticides in these waters was established. Two pesticides were chosen for specific detection: glyphosate, the world's most widely used herbicide, and thiabendazole, a fungicide and food additive.The main objective was to detect these pesticides in the field, in real-time, using specific biocensors. Biocensors combine a biorecognition molecule, such as an aptamer, with a detection platform, such as an electrode or optical system. This molecule reacts with the target, causing detectable changes to quantify the desired molecule.Aptamers proved promising for this research due to their stability and reduced development costs. Three glyphosate-specific aptamers (GLY1, GLY2, GLY3) were identified. For thiabendazole, an aptamer provided by Novaptech was used.For anti-glyphosate aptamers, although specific interaction failed, inhibition of exonuclease I by glyphosate was discovered. This led to the development of a fluorescence biocensor for specific glyphosate detection, with a detection limit above 100 µM.The thiabendazole aptamer showed no significant variation in electrochemical signal during attempts to immobilize it on an electrochemical platform, likely due to insufficient conformational changes. In contrast, thrombin, a large molecule, generated significant electrochemical variations through its corresponding aptamer. This is due to thrombin adsorption on the electrode, reducing electron passage.Despite the failure of the electrochemical platform to detect thiabendazole, a fluorescence aptacensor was developed using exonuclease I and fluorescence spectroscopy. It detects thiabendazole over a range of 0 to 100 µM, with a detection limit of 1 µM.This fluorescence aptacensor offers rapid and specific detection of thiabendazole in environmental waters, paving the way for similar applications for other specific targets using dedicated aptamers.