La microfluidique au secours de la microbiologie

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iChip – Slava Epstein

Isoler des espèces bactériennes « non-cultivables » en laboratoire est aujourd’hui possible grâce à un dispositif microfluidique qui permet de les cultiver in situ, dans leur biotope naturel.

La microfluidique est définie comme la science de la manipulation des fluides à l’échelle micrométrique. Elle a conduit ces dernières années à la fabrication de dispositifs comportant un ensemble de composants miniaturisés pour l’étude et l’analyse d’échantillons chimiques ou biologiques. Comparés à des microprocesseurs, ces dispositifs microfluidiques appelés également laboratoires sur puces («lab on chip») représentent une véritable révolution dans le domaine de la recherche et du diagnostic, permettant de remplacer des instruments encombrants et coûteux. Le nombre d’applications est considérable : puces de génotypage, kits de diagnostic, microréacteurs chimiques, micro-encapsulation de micro-organismes,…

Les performances de ces dispositifs sont liées à des caractéristiques physiques propres à l’échelle du micromètre telles que la prévalence des écoulements laminaires et des phénomènes de capillarité, la très grande rapidité des échanges thermiques et massiques. Les opérations analytiques sont effectuées au sein de micro-canaux (un dixième à un centième de millimètre) gravés dans la puce.
Outre la réduction de la taille de l’échantillon, manipuler à cette échelle permet de travailler plus vite, à un coût moindre, avec une haute sensibilité, dans un environnement propre et plus sûr.

Les avantages de la microfluidique ont vite été exploités en microbiologie pour observer les comportements des micro-organismes dans des environnements à l’échelle du micromètre (transport des nutriments, détection des interactions cellule-cellule, formation de biofilm, …).

Une application notable dans ce domaine est l’utilisation d’un dispositif miniaturisé pour l’isolement et la culture in situ, à haut débit, de micro-organismes dits « non-cultivables ». En effet, il est bien connu que seule une petite fraction de la population microbiologique peut être cultivée en laboratoire, les micro-organismes non cultivables dans ces conditions représentant une diversité extraordinaire.
Le dispositif « iChip », développé par l’équipe de Slava Epstein (Northeastern University, Boston), se présente sous la forme d’un morceau de plastique comportant plusieurs centaines de trous ou chambres de diffusion, recouvertes de membranes poreuses. La puce est trempée dans un échantillon bactérien naturel dilué afin qu’une seule cellule bactérienne soit piégée par chambre. Elle est ensuite recouverte des deux côtés par une membrane qui permet aux nutriments de diffuser tout en empêchant la sortie des cellules bactériennes. La puce est enfin replacée dans l’environnement à étudier afin que la croissance des bactéries s’effectue dans les conditions de leur milieu naturel (http://www.nature.com/nature/journal/v517/n7535/fig_tab/nature14098_SF1.html).

L’utilisation de cette technique a récemment permis la découverte d’un nouvel antibiotique prometteur, nommé « teixobactin », produit par une souche bactérienne isolée du sol. Aucune résistance bactérienne n’a été trouvée à ce jour à cet antibiotique qui agit en inhibant la synthèse du peptidoglycan selon un mécanisme inédit.

Au-delà de l’intérêt majeur que représente cet antibiotique, la technique « Ichip » d’isolement et de culture de micro-organismes in situ suscite de grands espoirs liés à la découverte potentielle de nouvelles espèces de micro-organismes non cultivables en laboratoire, dans des habitats non exploités aujourd’hui. Et qui dit nouveaux micro-organismes, dit également potentiellement de nouvelles molécules d’intérêt pour la médecine et les biotechnologies.

 

Sources :

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