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Résumé

Pour pallier aux limites des stratégies analytiques actuellement utilisées pour assurer le contrôle de la sécurité chimique des aliments, l’approche volatolomique, composante de la métabolomique qui s’intéresse à l’analyse des composés de faible poids moléculaire ou « volatils » d’un système biologique, constitue une piste particulièrement prometteuse. L’équipe MASS a réalisé des avancées méthodologiques majeures dans le domaine de l’analyse du volatolome des matrices biologiques qui permettent aujourd’hui d’envisager l’identification de marqueurs volatils métaboliques fiables et utilisables à des fins de diagnostic.

Une demande sociétale croissante de garanties sur la sécurité chimique des aliments

Les produits alimentaires d’origine animale sont susceptibles d’être contaminés par de nombreux contaminants chimiques, notamment lors de l’élevage des animaux. A l'heure actuelle, les méthodes utilisées pour garantir la sécurité chimique des aliments ciblent spécifiquement les contaminants ou leurs résidus dans les aliments et les tissus animaux. Très performantes en termes de sensibilité et de sélectivité, ces méthodes sont généralement couteuses et lourdes à mettre en œuvre, et ne permettent pas d’envisager un contrôle systématique à large échelle. La volatolomique ouvre une piste particulièrement prometteuse pour détecter à haut-débit et à bon marché l’exposition des chaines alimentaires aux contaminants chimiques d’origine environnementale, phytosanitaire et vétérinaire. Une première étude « preuve de concept » (Berge et al., 2011) conjuguée à des progrès récents dans le domaine des nanosenseurs (Kim et al., 2017) suggèrent que le dosage rapide de certains métabolites volatils marqueurs d’exposition aux contaminants dans les tissus ou fluides des animaux d’élevage pourrait permettre un contrôle plus systématique des contaminations alimentaires (Figure). Afin d’identifier des marqueurs fiables et utilisables à des fins de diagnostic, des verrous méthodologiques ont dû être levés.

Trois leviers pour une exploitation plus performante de l’information volatolomique

Trois leviers complémentaires ont été explorés pour améliorer l’exploitation de l’information du volatolome. Le premier a consisté à limiter les déformations induites au cours du processus d’extraction physique des composés volatils des tissus ou fluides biologiques. A cet effet, une méthode dédiée d’extraction par microextraction en phase solide a été proposée (Bouhlel et al., 2017a). Le second levier a consisté à détecter automatiquement et systématiquement dans les signaux volatolomiques, les centaines de composés volatils constitutifs du volatolome, avec pour objectif de tendre vers une caractérisation la plus exhaustive possible pour ne pas passer à côté de composés potentiellement marqueurs. Pour cela, un algorithme de traitement du signal a été conçu pour aligner précisément et automatiquement les signaux volatolomiques, et ainsi faire émerger une information la plus complète possible (Abou El Karam et al., 2017). Le dernier levier a finalement consisté à révéler, à partir de cette composition détaillée du volatolome, les composés volatils marqueurs en recherchant une méthode chimiométrique adaptée. La méthode multi-tableaux retenue permet de minimiser la perte d'information induite dans les méthodes classiques par l’étape de « moyennage » des données volatolomiques rendue nécessaire par la matricisation de signaux analytiques 3D (Bouhlel et al., 2017b).

Perspectives

Ces avancées méthodologiques ont permis de confirmer l’intérêt de l’analyse du volatolome des tissus et fluides animaux pour diagnostiquer une exposition des animaux d’élevage à divers contaminants chimiques (polluants environnementaux, pesticides, traitements vétérinaires). Des travaux doivent désormais être initiés pour mieux comprendre les mécanismes biochimiques à l’origine des marqueurs métaboliques révélés et pour tester la robustesse de ces marqueurs. A plus long terme, les récentes avancées technologiques dans le domaine des nanotechnologies et des capteurs chimiques fonctionnalisés permettent d’envisager le développement de méthodes rapides et peu coûteuses pour le dosage de ces marqueurs.

Partenaires

Ce fait marquant a bénéficié des dispositifs expérimentaux du projet ANR SOMEAT « Safety of organic meat » (2013-2017, http://www.so-meat.fr/), notamment des élevages expérimentaux d’animaux exposés ou non à une alimentation contaminée par différents types de contaminants chimiques. L’approche algorithmique de détection automatique et systématique des composés volatils contenus dans les signaux volatolomiques a été développée en partenariat avec le CATI DIISCO.