[Flash Info Chimie] #29 Détecter les métaux polluants dans l’eau avec de l’ADN

Les cours d’eau sont (trop) souvent pollués par des métaux lourds, issus d’extractions minières ou d’installations industrielles. La détection, et l’identification de ces métaux, souvent toxiques même à l’état de traces, est un enjeu important de la recherche en chimie analytique.

Il y a quelques semaines, je parlais de l’utilisation de protéines pour extraire de l’uranium de l’eau de mer, méthode qui pourrait s’appliquer à d’autres métaux. Aujourd’hui, c’est une publication qui propose l’utilisation de brins d’ADN pour détecter par fluorescence 8 composés métalliques à la fois.

Une équipe de l’Université de Stanford vient de mettre au point une série de brins d’ADN pour détecter des faibles quantités de mercure, méthylmercure, cadmium, chrome, manganèse… L’idée n’est pas d’utiliser l’ADN qui porte notre code génétique, mais un ADN modifié, dont les motifs de base, les désoxynucléosides, ont été mis au point pour être fluorescents en présence d’ions métalliques.

8 désoxynucléosides fluorescents en présence de divers ions métalliques.  Le neuvième, appelé S, représente uniquement la partie "ribose" des désoxynucléosides. C'est cette partie qu'ils sont reliés entre eux.

8 désoxynucléosides fluorescents en présence de divers ions métalliques. Le neuvième, appelé S, représente uniquement la partie « ribose » des désoxynucléosides. C’est par ce groupement d’atome qu’ils sont reliés entre eux. Le reste des molécules étant des « fluorophores », dont la fluorescence varie en fonction de la nature et de la présence d’éventuels ions metalliques

Dans l’article du journal Angewandte, les auteurs expliquent avoir préparé différents petits brins d’ADN avec ces désoxynucléosides, et les avoir testé sur les différents métaux. Après des sélections successives, des brins (appelés ODFs dans la publication) ont été retenus en raison de leur grande fluorescence en présence des métaux, et en raison de leur capacité à les discriminer par des émissions fluorescentes de couleurs différentes.

Hélas, si certains ODFs permettaient à la fois de détecter et de discriminer les différents métaux à concentrations élevées, ils se sont révélés inefficaces aux concentrations des eaux naturelles, comme celles testées des eaux du parc naturel de Yosémite (plus précisément, ils ne permettaient pas de discriminer les métaux entre eux) ). Plutôt que de rechercher un unique ODF plus sensible et surtout plus discriminant, l’équipe a combiné les résultats de 7 ODFs pour chaque échantillon, ce qui permet, à coup sûr, d’accéder à la composition en 9 ions métalliques.

Il faut commencer par le haut : le 1er ODF permet de distinguer si on a du Méthylmercure (MeHg) ou un autre. Le second permet de déterminer si  on est dans un 1er ou un 2d groupe de composés, etc... Au bout de 7 ODFs, on est sûr du résultat, et de la présence, ou non, de chacune des espèces métalliques

Il faut commencer par le haut : le 1er ODF permet de distinguer si on a du Méthylmercure (MeHg) ou un autre. Le second permet de déterminer si on est dans un 1er ou un 2d groupe de composés, etc… Au bout de 7 ODFs, on est sûr du résultat, et de la présence, ou non, de chacune des espèces métalliques

Les avantages de ce système sont assez nombreux :

  • Par rapport aux systèmes actuels, il réalise 9 mesures en une, avec une sensibilité remarquable.
  • Il peut être hautement miniaturisé : il suffit d’une minuscule goutte d’eau, se répartissant dans 7 puis contenant chacun un ODF, une source de lumière blanche de type LED, et un analyseur (spectromètre)qui va « lire » et interpréter »les couleurs obtenues dans chaque puit.
  • La production des ODF est réalisée à l’aide de synthétiseur d’ADN. Non seulement c’est une production peu chère et efficace, mais elle permet aussi d’inventer toujours d’autres séquences d’ODF, permettant de moduler les propriétés de ces brins.

« Pattern-based Detection of Toxic Metals in Surface Water DNA Polyfluorophores » L. H. Yuen et al., Angew. Chem. Int. Ed.2014, 53, Early View.

About Mr Pourquoi

Ce blog est né il y a quelques années du désir de parler des sciences, de toutes les sciences, depuis les plus insignifiants phénomènes qu’on peut rencontrer dans la vie courante, jusqu’aux sujets de recherche les plus pointus, particulièrement en chimie, et pharmaceutique.

Je suis agrégé de chimie, docteur en chimie organique, et actuellement prof en lycée en France, et aussi, (et surtout ! ) un père heureux d’une famille (très) nombreuse.

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