Le Nil occidental, le Zika, la dengue et le paludisme sont toutes des maladies transmises par les piqûres de moustiques infectés. Pour suivre la menace de ces maladies sur de grandes populations, les scientifiques doivent savoir où se trouvent les moustiques, où ils sont allés et où ils pourraient aller.
Mais prenez-le de Rebekah Kading, une chercheuse de l’Université d’État du Colorado qui étudie les arbovirus transmis par les moustiques : le suivi des moustiques n’est pas une tâche facile. La capture, le marquage et la libération d’un seul moustique, comme cela se fait couramment avec les chauves-souris et d’autres porteurs de maladies, seraient ridicules, voire impossibles. Une technique courante de suivi des moustiques consiste à arroser les insectes de poudre fluorescente et à les laisser s’envoler, mais cette pratique est sujette aux erreurs et peu fiable.
Grâce à une collaboration avec les ingénieurs du CSU, Kading et ses collègues introduisent désormais une meilleure façon d’effectuer le suivi des moustiques pour les applications de maladies. Leur nouvelle méthode, qui consiste à faire manger aux larves de moustiques des particules inoffensives entièrement constituées d’ADN et de protéines, a le potentiel de révolutionner la façon dont les gens étudient les maladies transmises par les moustiques.
Les particules comestibles marqueurs de moustiques sont l’œuvre de Chris Snow, professeur agrégé au Département de génie chimique et biologique. Au cours des dernières années, l’équipe de Snow a développé des cristaux de protéines microscopiques et poreux qui s’auto-assemblent à partir d’une protéine trouvée à l’origine dans la bactérie Camplyobacter jejuni. Depuis l’invention de ces très petits cristaux de protéines non toxiques qui présentent des réseaux de pores très précis, l’équipe de Snow a exploré diverses applications pour eux, comme la capture de particules virales pour faciliter les tests sur les eaux usées.
Il y a des années, ils ont découvert qu’ils pouvaient insérer très facilement des colorants fluorescents ou de l’ADN synthétique dans leurs cristaux, et l’ADN ne bougerait pas même après plusieurs lavages et exposition à des solvants. « Par pur accident, nous avons trouvé un matériau qui retient très, très étroitement les acides nucléiques », a déclaré Snow. Il a commencé à penser que ces extraits d’ADN pouvaient agir comme des « codes-barres » à l’intérieur des cristaux poreux, fournissant des empreintes digitales uniques d’informations.
Kading, qui est professeur agrégé au Département de microbiologie, d’immunologie et de pathologie, a entendu parler des recherches de Snow et a pensé : ces petits codes-barres en cristal pourraient-ils être utilisés dans une application de marquage des moustiques ? Kading et Snow ont pris un café et ont parlé.
C’était en 2017. Depuis lors, la collaboration qui s’appelle désormais affectueusement l’équipe « Dark Crystal » a réalisé une série d’expériences qui démontrent l’utilité des codes-barres de Snow en tant qu’étiquettes capables d’étiqueter des millions de moustiques individuels. Jusqu’à présent, les résultats sont prometteurs.
Les larves de moustiques mangent des codes-barres
Voici comment ils procèdent : les larves de moustiques ingèrent une biomasse savoureuse pré-chargée avec les cristaux d’ADN en solution. Au fur et à mesure que les moustiques deviennent adultes, les cristaux d’ADN restent intacts dans leurs intestins, créant un code qui peut être lu plus tard grâce à des techniques de laboratoire comme la réaction en chaîne par polymérase quantitative.
Les chercheurs décrivent les détails dans un article récemment publié dans Nexus PNAS. Au cours des étés 2020 et 2021, l’équipe a essayé les cristaux de marquage des moustiques sur de petits sites pilotes dans l’est de Fort Collins. L’été suivant, l’équipe de Kading a répété les expériences dans d’autres quartiers de la ville et analyse actuellement ces résultats.
La méthode que les chercheurs démontrent est unique d’une manière importante : contrairement au marquage conventionnel des moustiques dans lequel les moustiques adultes sont extraits des pièges et analysés pour la maladie, les codes-barres ADN sont ingérés par les moustiques à l’état larvaire, persistant avec eux à mesure qu’ils deviennent adultes. De cette façon, les chercheurs peuvent non seulement savoir où les moustiques se sont retrouvés, mais aussi où ils ont commencé et comment ils se sont déplacés. De telles informations pourraient s’avérer essentielles pour les applications de surveillance des maladies à l’avenir, a déclaré Kading.
« Nous pourrions avoir une carte sur le paysage des moustiques produits dans une certaine zone », a déclaré Kading. « Nous pourrions identifier des points chauds pour la production de moustiques. Je pense que cela ajouterait une toute autre dimension de connaissances aux opérations de surveillance et de contrôle des moustiques en temps réel qui sont déjà en place. »
Snow, pour sa part, est fasciné par l’idée que ses cristaux de protéines modifiés pourraient être utilisés dans une application de surveillance des maladies comme celle de Kading. « C’est bien parce que c’est un peu bizarre », a-t-il déclaré. « C’est créatif – je n’ai jamais vu personne essayer quelque chose de similaire. Et c’est un endroit amusant où être – faire quelque chose d’utile, mais aussi complètement sans précédent. »
Directions futures
Parce qu’ils n’utilisent que des extraits d’ADN synthétique, les chercheurs peuvent inclure des milliers de codes-barres par lot de moustiques, ce qui signifie des milliers de signatures individuelles. Kading souhaite expérimenter une composante temporelle du marquage : faire en sorte que les larves de moustiques ingèrent différents codes-barres chaque semaine, afin que les chercheurs puissent dire non seulement où les moustiques ont commencé et se sont retrouvés, mais aussi quand ils ont mangé quels codes-barres. Elle cherche également à étendre les expériences dans les environnements tropicaux, où les maladies transmises par les moustiques sont une menace quotidienne.
L’utilisation de cristaux de protéines d’ADN pour étiqueter les moustiques a beaucoup de potentiel, mais comme tous les bons scientifiques, l’équipe a beaucoup plus de questions à répondre. D’une part, ils ne savent pas exactement pourquoi les fragments d’ADN persistent si bien dans les tripes des moustiques. Ils veulent également savoir combien de temps les codes-barres durent dans l’intestin des moustiques et s’il existe des moyens d’améliorer les performances, peut-être en créant des cristaux encore plus collants. Enfin, l’évolutivité est un facteur important. La technologie pourrait fonctionner en laboratoire, mais qu’en est-il dans une application commerciale ?
Kading, Snow et leurs équipes sont impatients de trouver les réponses ensemble. « Cela a été une grande collaboration interdisciplinaire », a déclaré Kading. « Ça a été amusant d’apprendre les uns des autres et d’interagir avec des disciplines complètement différentes. »
Plus d’information:
Julius D Stuart et al, Marquage des moustiques à l’aide de microcristaux de protéines nanoporeuses à code-barres d’ADN, Nexus PNAS (2022). DOI : 10.1093/pnasnexus/pgac190