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Les nanobiosenseurs :derniers « nez » des nanotechnologies

Une équipe de chercheurs de l’INRA de Jouy en Josas, et du consortium européen dans le cadre du projet Européen SPOT NOSED, a réussi à mettre au point des nanobiosenseurs, nez électroniques de dernière génération aux applications potentielles multiples : sécurité alimentaire et contrôle qualité, environnement, suivi de processus, diagnostic médical, détection d’explosifs, et bien d’autres perspectives.

Homme buvant un verre d'eau. © NICOLAS Bertrand
Mis à jour le 30/09/2013
Publié le 15/09/2006
Mots-clés :

Dans l’univers futuriste des nanotechnologies, les nanobiosenseurs ont assurément toute leur place.
Les nez électroniques de dernière génération sont des nanobiosenseurs basés sur les propriétés électriques des protéines que sont les récepteurs olfactifs de mammifères, présents au niveau de l’épithélium olfactif situé dans les fosses nasales.
Dans ce système original de biosenseurs, les chercheurs utilisent dans un système artificiel les réactions physiques qui se produisent chez les animaux lorsqu’un odorant est détecté par un récepteur olfactif. Ils ont ainsi utilisé des récepteurs olfactifs de mammifères (rat et humain) qu’ils ont fait produire par des cellules de levure. Les nanobiosenseurs sont fabriqués en déposant ces protéines spécifiques, portées par des nano-vésicules, entre deux nanoélectrodes.
Lorsqu’une molécule odorante se lie avec un récepteur olfactif, ceci provoque un changement conformationnel et une modification des propriétés impédancemétriques de la protéine, qui sont enregistrées par les nanoélectrodes.
Les chercheurs de l’INRA et du consortium européen ont montré que les modifications observées à partir des récepteurs portés par ces nanovésicules résultent bien du comportement propre du récepteur olfactif en réponse à la stimulation odorante. Les tests ont aussi montré que les nanobiosenseurs réagissent à une très faible quantité de molécules odorantes (forte sensibilité) avec un très haut degré de précision (forte spécificité).
Les nanobiosenseurs sont donc capables de détecter des odeurs à des concentrations éventuellement imperceptibles pour le nez humain.
Pour mettre au point un nez bioélectronique capable de détecter et d’identifier une grande variété d’odeurs, les chercheurs peuvent faire produire par des cellules de levure, toute une gamme de différents récepteurs olfactifs du rat, ou du chien (chacune de ces espèces possèdent plus de mille récepteurs différents). La combinaison des réponses de ces récepteurs devrait permettre de détecter pratiquement n’importe quelle odeur présentée.
En parallèle avec l’analyse au laboratoire de la réponse fonctionnelle des récepteurs olfactifs, les chercheurs se préoccupent avec leurs partenaires du développement de l’instrumentation et de l’analyse des données pour aboutir à un véritable nez nano-bio-électronique de type industriel.
Les champs d’applications sont vastes et prometteurs : sécurité alimentaire et contrôle qualité (composés toxiques, dégradation, pureté) ainsi que pour les cosmétiques, la protection de l’environnement (qualité de l’air et de l’eau, contaminants, fumées, mauvaises odeurs), suivi en-ligne de processus environnementaux (mûrissement, fermentation) ou industriels, contrôles de sécurité (détection de produits dangereux, toxiques, explosifs, drogues), aide à la recherche de personnes ensevelies, diagnostic médical (diabète, schizophrénie, cancer, ...), …
Le programme SPOT NOSED a été financé par l’union européenne dans le cadre des FET (Future and Emerging Technologies).

Contact scientifique :

Edith Pajot-Augy
UMR INRA - Université Paris 11, Neurobiologie de l'Olfaction et de la Prise Alimentaire,
Domaine de Vilvert
INRA
78352 Jouy en Josas
tél. : 01 34 65 25 63
edith.pajot@jouy.inra.fr
Site du programme européen SPOT NOSED : http://www.nanobiolab.pcb.ub.es/projectes/spotnosed/

Sources :

  • Hou, Y. et al. A novel detection strategy for odorant molecules based on controlled bioengineering of rat olfactory receptor I7. Biosens Bioelectron (2006).
  • Gomila, G., Casuso, I., Errachid, A., Ruiz, O., Pajot, E., Minic, J., Gorojankina, T., Persuy, M.A., Aioun, J., Salesse, R., Bausells, J., Villaneuva, G., Rius, G., Hou, Y., Jaffrezic, N., Pennetta, C., Alfinito, E., Akimov, V., Reggiani, L., Ferrare, G., Fumagalli, L., Sampietro, M., Samitier, J. Advances in the production, immobilization, and electrical characterization of olfactory receptors for olfactory nanobiosensor development. Sensor actuat B-chem 116, 66-71 (2006).