Une équipe de l'EPFL a développé un capteur à nanopores capable d’identifier sept toxines communes issues de proliférations de cyanobactéries. Il a détecté l'une d’elles à des concentrations bien inférieures aux seuils fixés par l'Organisation mondiale de la santé.Les proliférations de cyanobactéries, comme celles qui se produisent dans le lac Léman, sont le résultat de croissances rapides et denses de bactéries photosynthétiques dans les eaux douces et marines. Elles peuvent menacer la santé des baigneuses et baigneurs ainsi que de leurs animaux de compagnie.Ces foisonnements peuvent libérer des microcystines, une famille de toxines qui menacent les réserves d’eau potable, les eaux de loisirs et les écosystèmes aquatiques. Plus de 300 variantes de microcystines, appelées «congénères», ont été identifiées. Chacune peut présenter de subtiles différences de structure tout en produisant des effets biologiques différents.La détection rapide et l’identification des microcystines restent difficiles, car la plupart des méthodes courantes présentent des limites. Ainsi, les tests immunologiques ELISA sont relativement rapides et sensibles, mais ils ne permettent généralement pas d’identifier individuellement les congénères de microcystines et peuvent présenter des réactions croisées avec des composés apparentés. De son côté, la chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse en tandem (LC-MS/MS) est bien plus sélective, mais nécessite un équipement coûteux, des spécialistes qualifiés et le transport des échantillons. Selon l’analyse, les résultats peuvent prendre entre un jour et plusieurs semaines.À l’EPFL, les laboratoires de Matteo Dal Peraro et de Tamar Kohn viennent de mettre au point un capteur à nanopores capable de détecter les microcystines molécule par molécule. Ces travaux, dirigés par Alissa Agerova et Juan Francisco Bada Juarez, sont publiés dans ACS Nano.Sept molécules identifiéesLe capteur utilise l’aérolysine, une protéine qui forme spontanément un canal nanopore à travers une fine membrane, d’une longueur d’environ dix nanomètres, dont le point le plus étroit mesure environ un nanomètre de diamètre.Lorsqu’une tension est appliquée, les ions circulant dans le canal génèrent un courant électrique. Lorsqu’une molécule de microcystine interagit avec le pore ou le traverse, elle bloque brièvement une partie de ce courant. L’intensité et la durée de ce blocage fournissent un signal caractéristique de la molécule.Sur la base de ces résultats, l'équipe a réussi à distinguer sept congénères différents de microcystine dans des conditions de laboratoire contrôlées. Les signaux sont restés suffisamment distincts pour permettre la séparation des sept populations, même sans recourir à une classification plus sophistiquée des données.Analyse des cyanobactéries dans les lacs suissesLes scientifiques ont ensuite testé le système avec des échantillons d’eau de lac naturelle, qu’ils ont filtrée afin d’éliminer les particules susceptibles d’interférer avec les nanopores. « La filtration constitue un obstacle dans la mesure où elle implique une manipulation supplémentaire des échantillons avant l’analyse, explique Tamar Kohn. À l’avenir, nous aimerions trouver un moyen d’analyser les échantillons sans y avoir recours, ou du moins automatiser cette étape afin d’éviter une manipulation fastidieuse des échantillons. »Dans de l’eau provenant du Léman, ils ont réussi à séparer deux microcystines étroitement apparentées qui avaient été ajoutées à des concentrations représentatives de fortes proliférations. L’eau du lac n’a pas empêché le nanopore de distinguer les deux toxines.Dans un échantillon prélevé lors d’une prolifération de cyanobactéries dans le lac de Lugano, le nanopore a identifié et quantifié une des microcystines les plus étudiées, la MC-LR. Il a mesuré une concentration de 12,7 nanomolaires, ce qui est très proche du résultat de 13,1 nanomolaires obtenu par la méthode LC-MS/MS.En créant un gradient de concentration en sel à travers le nanopore, les chercheurs et chercheuses ont aussi amélioré la sensibilité et détecté la MC-LR à des concentrations aussi faibles que 25 picomolaires. Ce seuil est 40 fois inférieur à la recommandation provisoire de l’OMS d’un nanomolaire pour l’exposition cumulée à la MC-LR dans l’eau potable.Test de terrain et start-upLa technologie n’est pas encore prête pour être utilisée sur le terrain, car les échantillons lacustres ont été filtrés et ajustés à des concentrations élevées en sel avant la mesure. Cependant, comme les nanopores sont compacts et produisent des signaux électriques en temps réel, le capteur pourrait à terme être intégré à des systèmes portables pour une surveillance de l’eau sur site et en temps réel. Des travaux d’ingénierie additionnels pourraient permettre d’adapter ce principe à la détection d’autres cyanotoxines ou de petits polluants environnementaux.La principale autrice de l’article, Alissa Agerova, est en train de créer une start-up, CYnANO, afin de développer, augmenter les capacités et commercialiser cette technologie.Autres contributeursUniversité de GenèveService de l’eau – Ville de LausanneCentro di competenze sull’acqua (CCA SA)Institut fédéral suisse des sciences et technologies de l’eau (Eawag)FinancementBourse iPhD de l’EPFLFonds national suisse (FNS)RéférencesAlissa Agerova, Juan Francisco Bada Juarez, Louis W. Perrin, Luciano A. Abriata, Maria J. Marcaida, Anna Carratalà, Nora Selmani, Stéphanie Barbier, Fereidoun Khajehnouri, Giordano Vassalli, Elisabeth M. L. Janssen, Chan Cao, Tamar Kohn, Matteo Dal Peraro. Sub-Nanomolar Detection and Discrimination of Microcystin Congeners Using Aerolysin Nanopores. ACS Nano 31 julliet 2026. DOI: 10.1021/acsnano.6c05413