Percée scientifique accomplie au 3IT

Détecter rapidement la bactérie Legionella pneumophila

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 de Reza Aziziyan.
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 de Reza Aziziyan.
Photo : Michel Caron - UdeS

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.

Dans le cadre de sa thèse, Mohammad Reza Aziziyan, en compagnie du groupe de recherche du Pr Jan Dubowski, a mis au point une technique de haute fiabilité et peu coûteuse. Cette dernière a fait l’objet d’une publication dans le prestigieux journal scientifique 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.
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 permet de dépister avec une fiabilité accrue la bactérie Legionella pneumophila en moins de trois heures à partir de l’échantillon 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 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 Legionella pneumophila plus tôt, et éviter qu’elle ne nuise aux gens .

Reza Aziziyan

En effet, la bactérie légionelle prolifère dans l’eau 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.


Propriétés électriques mises à profit

Au moyen d’un transducteur à semi-conducteur 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.
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 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 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 et en histologie, soit l’étude des tissus biologiques, de chercheurs issus de l’Université Harvard et de l’Université 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 invité. Cela a été rendu possible avec la participation de Nassim Annabi, professeure adjointe à l’Université Northeastern, ainsi que son équipe. Le projet est donc interdisciplinaire :

La partie excitante, c’est que la physique quantique, la microbiologie et la biochimie ont été mobilisées à travers ce projet de recherche!

Reza Aziziyan

Titulaire d’un baccalauréat en électronique et système de contrôle, ainsi que d’une maîtrise 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.
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 et des sciences de la santé. Le Pr Jan Dubowski, du Département de génie électrique et de génie informatique 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.

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

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 aux chercheurs une quantité initiale de bactéries et un soutien financier, tout en participant à la résolution de problèmes techniques.

Automatisation à venir

Désormais, l’équipe du Pr Jan Dubowski travaille à automatiser le procédé par processus informatique. 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, dont la forme la plus grave, appelée la maladie du légionnaire, entraîne une infection pulmonaire. Ses conséquences peuvent s’avérer sévères, voire occasionner la mort chez 10 à 15 % des personnes atteintes.

La légionellose survient plus fréquemment en été et à l’automne. La majorité des cas observés au Québec sont isolés et sporadiques. En juillet-août 2012, une épidémie de légionellose a atteint la ville de Québec, touchant 181 personnes et entraînant 13 décès. La qualité de l’eau d’une tour aérorefroidissante en était à la source.