Détecter rapidement la bactérie Legionella pneumophila
Publié par Isabelle le 29/01/2020 à 14:00
Source: Université de Sherbrooke
Des experts de multiples horizons disciplinaires ont accompli une percée majeure: développer un nouveau procédé permettant de détecter la présence de la bactérie légionelle en quelques heures, plutôt qu'en une dizaine de jours.


Les collaborateurs, le Pr Eric Frost, Reza Aziziyan, Mohamed Walid Hassen et le Pr Jan Dubowski, ont contribué à l'élaboration du procédé innovant, dans le cadre de la thèse (Une thèse (du nom grec thesis, se traduisant par « action de poser ») est l'affirmation ou la prise de position d'un locuteur, à l'égard du sujet ou du thème qu'il...) de Reza Aziziyan.Photo: Michel Caron - UdeS

Dans le cadre de sa thèse, Mohammad Reza Aziziyan, en compagnie du groupe de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la recherche scientifique désigne également le...) du Pr Jan Dubowski, a mis au point (Graphie) une technique de haute fiabilité (Un système est fiable lorsque la probabilité de remplir sa mission sur une durée donnée correspond à celle spécifiée dans le cahier des charges.) et peu coûteuse. Cette dernière a fait l'objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace à trois dimensions, qui a une fonction précise, et qui peut être désigné par une...) d'une publication dans le prestigieux journal scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui se consacre à l'étude d'un domaine avec la rigueur et les méthodes scientifiques.) Sensors and Actuators B: Chemical.

Fiabilité augmentée et coûts réduits


Reza Aziziyan s'est joint à l'équipe du Pr Jan Dubowski du 3IT pour accomplir sa thèse.Photo: Michel Caron - UdeS

La nouvelle technologie (Le mot technologie possède deux acceptions de fait :) permet de dépister avec une fiabilité accrue la bactérie (Les bactéries (Bacteria) sont des organismes vivants unicellulaires procaryotes, caractérisées par une absence de noyau et d'organites. La plupart des bactéries possèdent une paroi cellulaire glucidique, le peptidoglycane....) Legionella pneumophila en moins de trois heures (L'heure est une unité de mesure  :) à partir de l'échantillon (De manière générale, un échantillon est une petite quantité d'une matière, d'information, ou d'une solution. Le mot est utilisé dans différents domaines :) étudié. Qui plus est, le coût estimé de chaque test n'est que de deux dollars. Aujourd'hui, les tests réalisés en laboratoire durent environ deux semaines, et leur prix moyen s'élève de 200 à 300 dollars chacun. Il s'agit d'un processus dispendieux, qui requiert du personnel hautement qualifié.

Cela a inspiré les collaborateurs à tenter d'élaborer un procédé plus fiable et économique dans le cadre du doctorat (Le doctorat (du latin doctorem, de doctum, supin de docere, enseigner) est généralement le grade universitaire le plus élevé. Le titulaire de ce grade est le...) de Reza Aziziyan:

"Je voulais trouver une technique de détection rapide et moins dispendieuse. Savoir dépister la bactérie rapidement permet de prévenir l'éclosion de la [i]Legionella pneumophila plus tôt, et éviter qu'elle ne nuise aux gens." Reza Aziziyan.[/i]

En effet, la bactérie légionelle prolifère dans l'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.) des tours de refroidissement, l'un des environnements les plus propices à la croissance du microorganisme. À l'aide de biocapteurs et de biorécepteurs contrôlables à distance, il est possible d'en repérer la présence globalement, ou dans une section donnée (Dans les technologies de l'information, une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction, d'un...).

Propriétés électriques mises à profit

Au moyen d'un transducteur (Un transducteur est un dispositif convertissant une grandeur physique en une autre.) à semi-conducteur (Un semi-conducteur est un matériau qui a les caractéristiques électriques d'un isolant, mais pour lequel la probabilité qu'un électron puisse contribuer à un courant...) quantique, les propriétés électriques des bactéries sont converties en variations de photoluminescence. Ce processus est réalisé grâce au Quantum Semiconductor Photonic Biosensor Reader, un équipement accessible au 3IT ayant été développé par l'équipe du Pr Jan Dubowski.


Reza Aziziyan a employé un transducteur à semi-conducteur quantique afin de convertir les propriétés électriques des bactéries en variations de photoluminescence.Photo: Michel Caron - UdeS

Avec la nouvelle méthode, une concentration de bactéries 10 fois moins élevée que la limite de détection antérieure du système est nécessaire à l'obtention de résultats. Pour atteindre ce niveau d'efficacité, les chercheurs ont ajouté à la bactérie du surfactant (dodécylsulfate de sodium), un composé chimique que l'on retrouve au sein de plusieurs produits nettoyants. Son rôle, dans le contexte (Le contexte d'un évènement inclut les circonstances et conditions qui l'entourent; le contexte d'un mot, d'une phrase ou d'un texte inclut les mots qui l'entourent. Le...) de cette opération innovante, consiste à améliorer la propriété électrique de la bactérie. Par le fait même, l'équipe devait veiller à ce que la concentration utilisée ne détériore pas la structure bactérienne (Les bactéries sont des organismes procaryotes puisqu'elles ne possèdent pas de véritable noyau et que leurs éléments cellulaires sont simples.) à des fins de détection. Cette réalité à double tranchant a complexifié la tâche des chercheurs:

"Là est la partie difficile de l'étude: chercher à connaître la concentration requise, sans détruire la bactérie. Ça a duré entre six et neuf mois, avec la collaboration d'experts d'universités situées à Boston." Reza Aziziyan.

Partenariats et interdisciplinarité

Les expertises respectives en chimie (La chimie est une science de la nature divisée en plusieurs spécialités, à l'instar de la physique et de la biologie avec lesquelles elle partage des espaces d'investigations communs ou proches.) et en histologie, soit l'étude des tissus biologiques, de chercheurs issus de l'Université Harvard (L’université Harvard (Harvard University), ou plus simplement Harvard, est une université privée américaine située à Cambridge dans le Massachusetts. Fondée en 1636, elle est considérée...) et de l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études supérieures). Aux États-Unis, au moment où...) Northeastern ont été mises à contribution dans le but de créer le procédé. Pour bénéficier de ces différents savoir-faire, Reza Aziziyan a déménagé à Boston, en tant que chercheur (Un chercheur (fem. chercheuse) désigne une personne dont le métier consiste à faire de la recherche. Il est difficile de bien cerner le métier de chercheur tant les domaines de recherche sont...) invité. Cela a été rendu (Le rendu est un processus informatique calculant l'image 2D (équivalent d'une photographie) d'une scène créée dans un logiciel de modélisation 3D comportant à la fois...) possible avec la participation de Nassim Annabi, professeure adjointe à l'Université Northeastern, ainsi que son équipe. Le projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le concours et l’intégration d’une grande diversité de...) est donc interdisciplinaire (Un travail interdisciplinaire intègre des concepts provenant de différentes disciplines.):

"La partie excitante, c'est que la physique quantique, la microbiologie (La microbiologie est la science qui étudie les micro-organismes (ou microorganismes).) et la biochimie ont été mobilisées à travers ce projet de recherche !"Reza Aziziyan.

Titulaire d'un baccalauréat (Le baccalauréat (altération du bas-latin bachalariatus, désignant un rang de débutant d'abord dans la chevalerie, et puis dans la hiérarchie religieuse et universitaire ou de bacca laurea, baie de...) en électronique et système de contrôle (Le mot contrôle peut avoir plusieurs sens. Il peut être employé comme synonyme d'examen, de vérification et de maîtrise.), ainsi que d'une maîtrise (La maîtrise est un grade ou un diplôme universitaire correspondant au grade ou titre de « maître ». Il existe dans plusieurs pays et correspond à différents...) en physique quantique, Reza Aziziyan s'est joint à l'équipe du Pr Jan Dubowski du 3IT, afin de réaliser sa thèse intitulée Nanotechnologie des semi-conducteurs quantiques III-V pour la détection de Legionella pneumophila en milieu aqueux.


Dans cette étude interdisciplinaire, Mohammad Reza Aziziyan a acquis de nouveaux savoirs avec le Pr Éric Frost, le Pr Jan Dubowski et Mohamed Walid Hassen.Photo: Michel Caron - UdeS

Au cours de cette étude, le chercheur a acquis des savoirs sur la microbiologie, par exemple sur le fonctionnement des anticorps, avec le Pr Éric Frost, de la Faculté de médecine (La médecine (du latin medicus, « qui guérit ») est la science et la pratique (l'art) étudiant l'organisation du corps...) et des sciences de la santé (La santé est un état de complet bien-être physique, mental et social, et ne consiste pas seulement en une absence de maladie ou...). Le Pr Jan Dubowski, du Département de génie électrique et de génie informatique (Le génie informatique, ou ingénierie informatique, est une discipline qui traite de la conception, du développement et de la fabrication de systèmes informatiques, à la fois matériels et...) de la Faculté de génie, lui a enseigné des principes relatifs à la physique, aux semi-conducteurs et aux lasers. Plusieurs connaissances en biochimie lui ont également été transmises par Mohamed Walid Hassen, un acteur-clé du projet.

De plus, la recherche a été menée en partenariat avec la compagnie Produits Chimiques Magnus Ltée, située à Boucherville. Développant des solutions technologiques industrielles pour le traitement des eaux, l'entreprise a fourni (Les Foúrnoi Korséon (Grec: Φούρνοι Κορσέων) appelés plus communément Fourni, sont un archipel de petites îles grecques...) aux chercheurs une quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire, vecteur, nombre d’objets ou d’une autre manière de dénommer la valeur...) initiale de bactéries et un soutien financier, tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) en participant à la résolution de problèmes techniques.


Aperçu du Quantum Semiconductor Photonic Biosensor Reader, un équipement du 3IT développé par l'équipe du Pr Jan Dubowski.Photo: Michel Caron - UdeS

Automatisation à venir

Désormais, l'équipe du Pr Jan Dubowski travaille à automatiser le procédé par processus informatique (L´informatique - contraction d´information et automatique - est le domaine d'activité scientifique, technique et industriel en rapport avec le traitement automatique de l'information...). Elle poursuit l'ambition d'améliorer la détection de la bactérie légionelle. Le groupe a également fait breveter le biocapteur à semi-conducteur quantique. Il souhaite que, bientôt, la technologie soit transférée vers les industries de la santé et du traitement des eaux, au bénéfice de la population.

À propos de la bactérie légionelle

La bactérie Legionella pneumophila constitue une préoccupation importante au Québec et au Canada. Elle cause la légionellose (La légionellose est une maladie infectieuse due à une bactérie d'origine hydrique de la famille des Legionellaceae (Brenner et al. 1979) dont la plus connue est Legionella...), dont la forme la plus grave, appelée la maladie (La maladie est une altération des fonctions ou de la santé d'un organisme vivant, animal ou végétal.) du légionnaire, entraîne une infection pulmonaire (Les pulmonaires sont des plantes de la famille des Boraginacées appartenant au genre Pulmonaria. Elles doivent leur nom au fait que, selon les Romains,...). Ses conséquences peuvent s'avérer sévères, voire occasionner la mort (La mort est l'état définitif d'un organisme biologique qui cesse de vivre (même si on a pu parler de la mort dans un sens cosmique plus général, incluant par exemple la mort des...) chez 10 à 15 % des personnes atteintes.

La légionellose survient plus fréquemment en été et à l'automne (L'automne est l'une des quatre saisons des zones tempérées. Elle se place entre l'été et l'hiver.). La majorité des cas observés au Québec sont isolés et sporadiques. En juillet-août 2012, une épidémie de légionellose a atteint la ville (Une ville est une unité urbaine (un « établissement humain » pour l'ONU) étendue et fortement peuplée (dont les habitations doivent...) de Québec, touchant 181 personnes et entraînant 13 décès. La qualité de l'eau d'une tour aérorefroidissante en était à la source.
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