Détection de bactéries et de leurs gènes de résistance aux antibiotiques à l'aide de biocapteurs électrochimiques

Detection of bacteria and their antibiotic resistance genes using electrochemical biosensors

• Auteur / Autrice : Léo Baldenweck
• Direction : Jasmina Vidic
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Biotechnologies
• Date : Inscription en doctorat le 01/11/2024
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Agriculture, Alimentation, Biologie, Environnement, Santé
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : MICALIS- Microbiologie de l'Alimentation au service de la santé humaine
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : UMR Micalis MicrobAdapt - Déterminants de l'adaptation microbienne
• Partenaire(s) de recherche : Référent : AgroParisTech

Mots clés

Mots clés libres

Campylobacter jejuni

Nez électronique

Résistance aux antibiotiques

Staphylococcus aureus

E-nose

Campylobacter jejuni

Antibiotic resistance

Staphylococcus aureus

Résumé

Le premier volet du projet vise à développer un dispositif de nez électronique portable (e-nose ou nez sur puce) pour la détection et la quantification des composés organiques volatils (COV) produits par les bactéries, comme marqueur spécifique de leur contamination des aliments ou de l'eau. La détection par e-nose est une technique rapide et non invasive qui nécessite peu ou pas de préparation d'échantillons, ce qui en fait un outil de surveillance en ligne idéal. Nous avons précédemment développé des dispositifs électrochimiques et optiques d'e-nose électronique pour la détection de différents COV en collaboration avec les partenaires du projet, en France et en Europe. Ici, des tests de faisabilité sur l'utilisation de COV spécifiques comme moyen de détection d'un métabolite bactérien spécifique seront réalisés. L'acétoïne est notre premier marqueur de choix pour détecter la croissance bactérienne aérobie. Ensuite, la gamme de COV sera élargie, par exemple en établissant un COV spécifique permettant de cibler les bactéries contaminantes (Staphylococcus aureus et Campylobacter jejuni). Des éléments de reconnaissance spécifiques (enzymes, aptamères) seront employés pour préparer une nouvelle génération de puces adaptées à l'analyse des COV émis par les bactéries. Le deuxième volet du projet porte sur la détection des gènes de résistance aux antibiotiques. Étant donné que les gènes de résistance des bactéries peuvent se propager par différents mécanismes, ils sont considérés comme des polluants en soi. La détection sera réalisée grâce à l'amplification isotherme LAMPS couplé à une puce électrochimique. Deux des gènes de résistance les plus représentatifs chez S. aureus, responsables de la résistance à la méticilline et à la vancomycine, seront considérés. Pour cela, les oligonucléotides pour l'amplification LAMP seront conçus et testés in silico. Les séquences présentant de bonnes caractéristiques seront synthétisées et leurs performances seront évaluées sur l'ADN génomique extrait de S. aureus. La détection de gènes de résistance aux antibiotiques par l'amplification isotherme LAMP offrira des avantages en termes de quantité d'échantillon (faible quantité nécessaire), de praticité (pas de thermo-cyclage requis), de sensibilité et spécificité, de rapidité, et de coût.

The thesis project comprises two main components: The first part of the project aims to develop a portable electronic nose (e-nose) device for detecting and quantifying volatile organic compounds (VOCs) produced by bacteria. These VOCs serve as specific markers indicating bacterial contamination in food or water. E-nose detection is a rapid and non-invasive technique that requires minimal or no sample preparation, making it an ideal tool for online monitoring. Our previous collaborative efforts have resulted in the development of electrochemical and optical e-nose devices for detecting various VOCs. The project will focus on feasibility tests using specific VOCs as a means to detect specific bacterial metabolites. Acetoin is initially chosen as a marker for detecting aerobic bacterial growth. Subsequently, the range of VOCs will be expanded, for example, by identifying specific VOCs of contaminating bacteria such as Staphylococcus aureus and Campylobacter jejuni. Specific recognition elements such as enzymes or aptamers will be employed to develop a new generation of chips tailored for analyzing VOCs emitted by bacteria. The second part of the project focuses on detecting antibiotic resistance genes. Since bacterial resistance genes can spread through various mechanisms, they are considered pollutants themselves. Detection will be performed using Loop-mediated Isothermal Amplification (LAMP) coupled with an electrochemical chip. The study will particularly target two of the most representative resistance genes in S. aureus, responsible for resistance to methicillin and vancomycin. Oligonucleotides for LAMP amplification will be designed and tested in silico. Sequences demonstrating favorable characteristics will be synthesized and their performance evaluated on genomic DNA extracted from S. aureus. Detection of antibiotic resistance genes via LAMP offers advantages including minimal sample quantity requirement, convenience (no need for thermocycling), sensitivity, specificity, rapidity, and cost-effectiveness. This project integrates advanced technological approaches to enhance the detection and monitoring capabilities of bacterial contaminants and antibiotic resistance genes, contributing significantly to environmental and public health research.