Nouveaux marqueurs électroactifs pour le développement de biocapteurs environnementaux

New electroactive labels for the development of environmental biosensors

• Auteur / Autrice : Michel Gaillard
• Direction : Thierry Noguer, Nicolas Inguimbert
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 22/12/2023
• Etablissement(s) : Perpignan
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Énergie environnement (Perpignan ; 1999-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de biodiversité et biotechnologies microbiennes (Banyuls sur mer, Pyrénées-Orientales) - Biocapteurs-Analyses-Environnement (Perpignan)
• Jury : Président / Présidente : Carole Calas-Blanchard
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Beatriz Prieto-Simon
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Monica Campas, Chantal Gondran

Mots clés

Mots clés contrôlés

Pollution

Détecteurs de produits chimiques

Capteurs (technologie)

Mots clés libres

Marqueurs redox

Biocapteurs

DOTA/NOTA

Electrochimie

Impédance

Complexes métalliques

Polluants et Bactéries

Redox labels

Biosensors

DOTA/NOTA

Electrochemistry

Impedance

Metal Complexes

Pollutants and Bacteria

Résumé

De nos jours, l'évolution du climat, les rejets anthropiques et l’augmentation de la population mondiale concourent à un accroissement du nombre de bactéries préoccupantes, des rejets médicamenteux et des toxines dans l’environnement. L’ochratoxine A, l’estradiol, et certaines bactéries font partie des contaminants polluant la nature et menaçant la santé des êtres vivants. Dans une optique de détection de ces éléments potentiellement dangereux, nous avons travaillé sur le développement d’un marquage original d'oligonucléotides. Ce marquage est basé sur l’utilisation de complexes métalliques électroactifs comme des sondes redox. Ces complexes sont basés sur les ligands macrocycles DOTA et NOTA, d’ordinaire majoritairement utilisés dans l’imagerie médicale, fonctionnalisés avec du fer (III). L’étude de leurs propriétés électrochimiques, réalisée par voltampérométrie cyclique, a démontré qu’ils présentaient de nombreux atouts faisant concurrence aux composés redox les plus répandus. Nous avons notamment cherché à appliquer ce marquage d’oligonucléotide à la construction de biocapteurs, avec en premier essai un génocapteur pour la détection d’ADN de bactéries Vibrio. La conception du capteur et la détection de cible a été suivie par spectroscopie d’impédance. Toutefois, l’analyse par impédance n’a pas permis d’obtenir les résultats espérés, et, afin d’étendre le champ de notre étude, une autre méthode a été testée.C’est pourquoi, nous avons cherché à coupler directement les complexes métalliques à des aptamères via une réaction entre une fonction thiol et un groupement maléimide. Dans l’étape suivante, les biocapteurs ont été construits en immobilisant les aptamères modifiés sur des électrodes. En parallèle, les interactions aptamères-cible ont été quantifiées par des analyses par thermophorèse ou MST pour confirmer certains résultats et valider les caractéristiques de liaison des aptamères.

Nowadays, climate change, anthropogenic releases and the increase in the world's population are contributing to an increase in the number of bacteria of concern, drug releases and toxins into the environment. Ochratoxin A, estradiol, and some bacteria are among the contaminants polluting nature and threatening the health of living beings. In order to detect these potentially harmful elements, we worked on the development of an original oligonucleotide labeling. This marking is based on the use of electroactive metal complexes such as redox probes.These complexes are based on the macrocycle ligands DOTA and NOTA, usually mainly used in medical imaging, functionalized with iron (III). The study of their electrochemical properties, carried out by cyclic voltammetry, has shown that they have many advantages competing with the most common redox compounds. In particular, we sought to apply this oligonucleotide labeling to the construction of biosensors, with the first test of a genosensor for the detection of DNA from Vibrio bacteria. Sensor design and target detection were followed by impedance spectroscopy. However, impedance analysis did not achieve the expected results, and in order to extend the scope of our study, another method was tested. Therefore, we sought to couple metal complexes directly to aptamers via a reaction between a thiol function and a maleimide. In the next step, the biosensors were built by immobilizing the modified aptamers on electrodes. In parallel, aptamer-target interactions were quantified by thermophoresis or MST analyses to confirm certain results and validate the binding characteristics of aptamers.