Des scientifiques de l’Université de technologie de Delft (TU Delft), de SoundCell et du RHMDC (laboratoire de l’hôpital Reinier de Graaf) ont découvert que différentes espèces bactériennes produisent des sons caractéristiques. S’appuyant sur des travaux antérieurs de la même équipe, ils ont démontré qu’il est possible d’identifier les bactéries et de déterminer simultanément leur sensibilité aux antibiotiques, uniquement grâce à l’analyse de leur son. Cette approche combinée permet d’obtenir des résultats en quelques heures au lieu de plusieurs jours, ce qui représente une avancée majeure dans le diagnostic et le traitement des infections bactériennes. L’étude est publiée dans la revue ACS Sensors .
« Dans des travaux précédents, nous avons découvert que des nanotambours en graphène étaient capables de capter le son subtil d’une seule bactérie. Nous avons utilisé ce concept pour déterminer quels antibiotiques seraient efficaces, ce qui a finalement abouti à la création de SoundCell, une spin-off de l’Université de technologie de Delft », explique le professeur associé Farbod Alijani. « Avec cette nouvelle étude, nous franchissons une étape importante : nous démontrons que chaque espèce bactérienne possède sa propre signature de nanomouvement. » Ils ont développé un modèle d’apprentissage automatique capable de reconnaître une espèce bactérienne en analysant le motif vibratoire unique à l’échelle nanométrique qu’elle produit.
« En combinant le prototype de test antimicrobien existant de SoundCell avec ce modèle d’apprentissage automatique, nous pouvons identifier l’infection bactérienne et déterminer simultanément le médicament efficace, uniquement à partir du son émis par une seule bactérie », explique Aleksandre Japaridze, directeur technique de SoundCell. Leo Smeets, médecin microbiologiste au RHMDC, ajoute : « Cette approche élimine le besoin de mise en culture, qui prend normalement plusieurs jours. Et comme les étapes de diagnostic ne sont plus réalisées de manière séquentielle, nous gagnons encore plus de temps. »
Empreintes vibratoires
Au fil des ans, SoundCell et l’Université de technologie de Delft (TU Delft) ont accumulé une quantité considérable de données vibratoires sur les bactéries. « À un moment donné, nous nous sommes demandé : pourquoi ne pas utiliser ces données pour voir s’il est possible de les identifier ? », explique Farbod Alijani. Les chercheurs se sont concentrés sur trois bactéries courantes en milieu hospitalier : Escherichia coli, Staphylococcus aureus et Klebsiella pneumoniae.
Fixées sur une membrane de graphène, chaque bactérie génère des vibrations nanométriques enregistrées en temps réel et transformées en spectrogrammes temps-fréquence, véritables empreintes vibratoires. Santiago Mendoza Silva, doctorant, a développé un modèle d’apprentissage automatique qui fait office de classificateur : entraîné sur de grandes quantités de données, il apprend à distinguer ces différentes signatures vibratoires. « C’est ainsi que nous avons découvert que différentes bactéries émettent effectivement des sons différents », conclut Mendoza Silva.
Lutter contre la résistance aux antimicrobiens
Selon l’équipe, le double test d’identification et de sensibilité aux antibiotiques présente un potentiel énorme. SoundCell mène actuellement des études au RHMDC et au Centre médical Erasmus avec son prototype. « Nous avons déjà démontré qu’il est possible de réduire la durée des tests de sensibilité aux antimicrobiens à une heure », explique Japaridze. « Si nous parvenons à combiner cette rapidité avec la classification des espèces grâce au nouveau modèle d’apprentissage automatique, nous pourrions créer un dispositif unique au monde qui accélérerait considérablement le diagnostic et le traitement. Ce serait un atout précieux dans la lutte mondiale contre la résistance aux antimicrobiens. »
Collaboration unique
Alijani souligne la force de cette collaboration : « Ce partenariat étroit entre des scientifiques de l’Université de technologie de Delft, une start-up et un hôpital est tout à fait unique. Toute la chaîne de connaissances est mobilisée. » La prochaine étape consiste à intégrer l’outil d’apprentissage automatique aux prototypes de SoundCell et à le tester en milieu hospitalier, rapprochant ainsi cette technologie d’une application concrète.
| Dépistage des antibiotiques par le son bactérien : Lorsqu’une cellule bactérienne se fixe à un tambour en graphène extrêmement fin, son activité biologique produit des oscillations nanométriques mesurables et convertibles en son. Ces vibrations indiquent que la bactérie est vivante. Cette découverte, réalisée par l’Université de technologie de Delft en 2022, présente un potentiel considérable pour la détection de la résistance aux antibiotiques : les bactéries sensibles aux médicaments deviennent silencieuses après exposition aux antibiotiques, tandis que les bactéries résistantes continuent de vibrer |
