FR2827873A1 - Process for detecting presence of pathogenic organisms in water sample, by concentrating pathogenic organisms, opening cells of pathogenic organisms, amplifying nucleic acid and detecting DNA and/or RNA - Google Patents
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Abstract
Description
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La présente invention concerne le domaine technique général de la détection d'organismes pathogènes dans l'eau. The present invention relates to the general technical field of the detection of pathogenic organisms in water.
En particulier, la présente invention concerne un procédé de détection entièrement automatisé de la présence d'organismes pathogènes dans un échantillon d'eau. L'invention a également pour objet un dispositif de détection de la présence d'organismes pathogènes dans un échantillon d'eau pour la mise en oeuvre de ce procédé. In particular, the present invention relates to a fully automated method for detecting the presence of pathogenic organisms in a water sample. The invention also relates to a device for detecting the presence of pathogenic organisms in a water sample for the implementation of this process.
La présence d'agents pathogènes dans les réseaux d'alimentation en eau, tels que les réseaux d'eau potable ou d'eau industrielle, engendre de réels risques pour la santé des êtres humains. Les réseaux d'alimentation en eau contiennent ainsi pour la plupart des organismes pathogènes tels que des virus, des bactéries, des protozoaires, des champignons, des amibes ou des vers qui sont susceptibles de provoquer diverses maladies chez l'homme. Parmi ces maladies, on peut citer entre autres le choléra, la fièvre typhoïde, la diarrhée, la dysenterie, la légionellose ou encore la gastro-entérite. The presence of pathogens in water supply networks, such as drinking water or industrial water networks, poses real risks to the health of human beings. Most water supply systems thus contain pathogenic organisms such as viruses, bacteria, protozoa, fungi, amoebae or worms which are capable of causing various diseases in humans. Among these diseases, we can cite among others cholera, typhoid fever, diarrhea, dysentery, legionellosis or even gastroenteritis.
Parmi les organismes pathogènes responsables de telles maladies, on peut citer plus particulièrement les protozoaires Cryptosporidium (parvum) et Giardia Lamblia qui proviennent tous deux des rejets fécaux humains et animaux et qui sont une cause majeure de maladies gastro-entériques ; les protozoaires Toxoplasma gondii et Naegleria fowleri qui proviennent également des rejets fécaux humains et animaux et qui provoquent diverses maladies graves ; Cyclospora qui provoque des diarrhées ; les bactéries colifonnes, notamment Escherichia coli, qui se trouvent dans toute la biosphère et dont la détection est importante car ils sont considérés, non pas comme des agents pathogènes typiques, mais comme des organismes indicateurs de la contamination de l'eau, puisqu'ils ne provoquent des maladies qu'à des concentrations très élevées. Par souci de simplification dans le cadre de la présente invention, on regroupera sous le terme d'organismes pathogènes l'ensemble des organismes indicateurs de la contamination de l'eau et des organismes pathogènes réellement responsables de maladies chez l'être humain. Peuvent également être cités parmi les organismes pathogènes responsables de maladies, les bactéries Salmonella, dont les Among the pathogenic organisms responsible for such diseases, there may be mentioned more particularly the protozoa Cryptosporidium (parvum) and Giardia Lamblia which both originate from human and animal faecal waste and which are a major cause of gastroenteric diseases; the protozoa Toxoplasma gondii and Naegleria fowleri which also originate from human and animal faecal waste and which cause various serious diseases; Cyclospora which causes diarrhea; coliform bacteria, notably Escherichia coli, which are found throughout the biosphere and whose detection is important because they are considered, not as typical pathogens, but as organisms indicative of water contamination, since they only cause disease at very high concentrations. For the sake of simplification in the context of the present invention, the term “pathogenic organisms” will be used to group together all the organisms which are indicators of water contamination and pathogenic organisms actually responsible for diseases in humans. Mention may also be made of pathogenic organisms responsible for diseases, the Salmonella bacteria, the
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sérotypes S. enteridis, S. enterica, S. thyphi et S. paratyphi, qui sont à l'origine de 70 % des maladies bactériennes d'origine alimentaire, notamment des fièvres typhoïdes et paratyphoïdes, et qui sont à l'origine d'un grand nombre de décès ; Helicobacter pylori qui est un organisme lié à l'origine d'au moins 75 % de l'ensemble des ulcères de l'estomac et à deux types de cancers de l'estomac, et qui est également à l'origine d'un grand nombre de décès ; Legionella, que l'on trouve dans les zones naturelles ainsi que dans les systèmes de chauffage de l'eau, qui provoque la maladie du légionnaire ; ainsi que les virus d'origine humaine et animale, et notamment les virus de l'hépatite A, les virus de type Norwalk, les rotavirus, des adénovirus, les entérovirus et les rhéovirus. S. enteridis, S. enterica, S. thyphi and S. paratyphi serotypes, which are responsible for 70% of foodborne bacterial diseases, including typhoid and paratyphoid fevers, and which cause a large number of deaths; Helicobacter pylori which is an organism linked to the origin of at least 75% of all stomach ulcers and to two types of stomach cancer, and which is also the cause of a large number of deaths; Legionella, which is found in natural areas as well as in water heating systems, which causes Legionnaire's disease; as well as viruses of human and animal origin, and in particular hepatitis A viruses, Norwalk type viruses, rotaviruses, adenoviruses, enteroviruses and rheoviruses.
Les virus Norwalk provoquent notamment des maladies gastro-intestinales sporadiques et épidémiques avec diarrhée. On en voit apparaître environ 200 000 cas par an aux Etats-Unis. Norwalk viruses notably cause sporadic and epidemic gastrointestinal diseases with diarrhea. We see about 200,000 cases a year appear in the United States.
Etant donné la présence de divers agents pathogènes dans l'ensemble des réseaux d'alimentation en eau, ces derniers doivent être contrôlés et éventuellement désinfectés, avant de pouvoir considérer l'eau issue de ces réseaux comme potable. En ce qui concerne les réseaux d'alimentation en eau usée ou en eau de refroidissement ainsi que les réseaux de production d'énergie, notamment ceux de production d'énergie nucléaire, il est parfois nécessaire d'analyser l'eau et même de la désinfecter avant de pouvoir la réutiliser ou la rejeter dans le milieu environnant. Given the presence of various pathogens in all water supply networks, these must be checked and possibly disinfected, before the water from these networks can be considered potable. With regard to wastewater or cooling water supply networks as well as energy production networks, in particular those for nuclear power production, it is sometimes necessary to analyze the water and even the disinfect before being able to reuse or reject it in the surrounding environment.
La détection de la présence d'organismes pathogènes, notamment la détection des organismes hautement pathogènes à croissance lente, qui sont les plus difficiles à détecter, représente ainsi un enjeu majeur dans les milieux du traitement de l'eau, de la distribution de l'eau ainsi que du contrôle de la qualité de l'eau. Les techniques traditionnelles de détection d'agents pathogènes développées jusqu'à présent présentent divers inconvénients : elles ne sont pas exploitées en continu ou en temps réel, elles sont de sensibilité peu élevée vis-à-vis des organismes pathogènes et elles s'avèrent être longues et coûteuses en termes de matériel et de personnel. The detection of the presence of pathogenic organisms, in particular the detection of highly pathogenic organisms with slow growth, which are the most difficult to detect, thus represents a major challenge in the fields of water treatment, distribution of the water as well as water quality control. The traditional pathogen detection techniques developed up to now have various drawbacks: they are not used continuously or in real time, they are of low sensitivity towards pathogenic organisms and they prove to be long and costly in terms of equipment and personnel.
Une première technique connue met en oeuvre la numération des microorganismes se développant après mise en culture de l'échantillon sur différents milieux nutritifs sélectifs. Cette technique est simple mais présente d'importants risques d'erreurs et d'artefacts (faible spécificité des critères morphologiques, absence de développement des micro-organismes à croissance très lente, croissance exponentielle A first known technique uses the enumeration of the microorganisms which develop after culturing the sample on different selective nutritive media. This technique is simple but presents significant risks of errors and artifacts (low specificity of the morphological criteria, absence of development of microorganisms with very slow growth, exponential growth
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sur le milieu nutritif de souches microbiennes qui sont en réalité en phase de croissance latente dans l'échantillon). Son temps de réponse est, de plus, généralement supérieur à 24 heures. on the nutrient medium of microbial strains which are actually in the latent growth phase in the sample). Its response time is, moreover, generally greater than 24 hours.
Une deuxième technique, utilisant la mesure d'une ou plusieurs activité (s) enzymatique (s), permet la quantification rapide de populations de micro-organismes vivants (micro-organismes cultivables et/ou micro-organismes sous forme viable mais non cultivable) (WO 90/100983). Cette technique permet notamment le suivi d'un ensemble de populations, mais ne permet pas d'accéder à un niveau très fin de spécificité. A second technique, using the measurement of one or more enzymatic activity (ies), allows rapid quantification of populations of living microorganisms (cultivable microorganisms and / or microorganisms in viable but non-cultivable form) (WO 90/100983). This technique allows in particular the monitoring of a set of populations, but does not allow access to a very fine level of specificity.
Une troisième technique, mettant en oeuvre des sondes immunologiques, présente un temps de réponse fréquemment supérieur à 24 heures, et manque souvent de sensibilité et de spécificité (des artefacts dus à des réactions croisées peuvent être observés). A third technique, using immunological probes, has a response time frequently greater than 24 hours, and often lacks sensitivity and specificity (artefacts due to cross-reactions can be observed).
D'autres techniques récentes mettent en oeuvre des sondes oligonucléotidiques spécifiques, généralement marquées, de manière à permettre leur détection après hybridation à leurs cibles. Deux grands types de sondes oligonucléotidiques ont été développées : les sondes ayant pour cible des ADN (ou les ARNm qui leur correspondent), et les sondes ayant pour cible des ARNr (ARN ribosomiques). Mais, les sondes à ADN ou ARNm, bien que potentiellement très spécifiques, présentent l'inconvénient d'être peu sensibles du fait du faible nombre de copies ADN (ou ARNm) par cellule microbienne. Other recent techniques use specific oligonucleotide probes, generally labeled, so as to allow their detection after hybridization to their targets. Two main types of oligonucleotide probes have been developed: probes targeting DNA (or mRNAs which correspond to them), and probes targeting rRNA (ribosomal RNA). However, DNA or mRNA probes, although potentially very specific, have the disadvantage of being insensitive due to the low number of DNA copies (or mRNA) per microbial cell.
Il existait ainsi un besoin de mettre au point un procédé ainsi qu'un dispositif de détection de la présence d'organismes pathogènes dans un échantillon d'eau, lesdits procédé et dispositif ne présentant pas les inconvénients des techniques de l'art antérieur et permettant ainsi d'effectuer une détection en ligne de plusieurs microorganismes pathogènes dans l'eau en un temps très court (moins de 6 heures), à moindre coût et avec une sensibilité et une spécificité élevées, permettant de parvenir au niveau de détection d'un organisme dans 100 ml d'échantillon d'eau analysée, respectant ainsi les normes de qualité d'eau potable. There was thus a need to develop a method and a device for detecting the presence of pathogenic organisms in a water sample, said method and device not having the drawbacks of the techniques of the prior art and allowing thus performing online detection of several pathogenic microorganisms in water in a very short time (less than 6 hours), at low cost and with high sensitivity and specificity, making it possible to reach the detection level of a organism in 100 ml of water sample analyzed, thus meeting drinking water quality standards.
La présente invention vient combler ce besoin. La demanderesse a ainsi découvert de manière surprenante que cela pouvait être réalisé à l'aide d'un procédé et d'un dispositif, gérés de manière entièrement automatique, utilisables à l'échelle The present invention fulfills this need. The Applicant has thus surprisingly discovered that this could be achieved using a process and a device, managed in a fully automatic manner, usable at scale.
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industrielle, en se basant préférentiellement sur la technique d'amplification d'ADN ou d'ARN par une réaction en chaîne par polymérase (PCR) ou sur une technique similaire. industrial, preferably based on the DNA or RNA amplification technique by a polymerase chain reaction (PCR) or a similar technique.
Le procédé selon la présente invention est ainsi entièrement automatisé et ne contient aucune étape manuelle. Il est basé sur la détection de séquences d'ADN ou d'ARN, spécifique de certains micro-organismes pathogènes. L'automatisation de certaines étapes unitaires ont déjà été décrites dans l'art antérieur, mais l'automatisation de l'ensemble des étapes séquentielles du procédé selon la présente invention n'avais jamais été envisagée jusqu'alors. Ainsi, l'extraction sur support solide et la purification d'acides nucléiques, présents dans un échantillon liquide, ont ainsi déjà été automatisées et ont été décrites dans les demandes de brevet WO 00/75623 et WO 97/10331. De même, l'automatisation de l'amplification d'acides nucléiques réalisée par une réaction en chaîne par polymérase (PCR) ainsi que de la détection d'organismes par fluorescence avaient déjà été envisagées dans la demande de brevet WO 00/33962. Néanmoins, les problèmes rencontrés pour mettre en oeuvre l'automatisation des cinq étapes séquentielles du procédé selon la présente invention n'avaient ainsi jamais été surmontés jusqu'alors. The method according to the present invention is thus fully automated and does not contain any manual steps. It is based on the detection of DNA or RNA sequences, specific for certain pathogenic microorganisms. The automation of certain unit steps has already been described in the prior art, but the automation of all the sequential steps of the method according to the present invention had never been envisaged until then. Thus, the extraction on a solid support and the purification of nucleic acids, present in a liquid sample, have thus already been automated and have been described in patent applications WO 00/75623 and WO 97/10331. Similarly, the automation of the amplification of nucleic acids carried out by a polymerase chain reaction (PCR) as well as the detection of organisms by fluorescence had already been envisaged in patent application WO 00/33962. However, the problems encountered in implementing the automation of the five sequential steps of the method according to the present invention had thus never been overcome until now.
La présente invention a ainsi pour objet un procédé de détection de la présence d'organismes pathogènes dans un échantillon d'eau comprenant la succession d'étapes suivantes : une concentration des organismes pathogènes, une ouverture des cellules des organismes pathogènes, une concentration d'ADN et/ou d'ARN des cellules, au moins une amplification d'acides nucléiques, et une détection qualitative et/ou quantitative d'ADN et/ou d'ARN représentatifs de la contamination de l'eau par lesdits organismes pathogènes ; caractérisé en ce que l'ensemble des étapes séquentielles du procédé sont gérées de manière entièrement automatique à l'aide d'une logique de commande. The present invention thus relates to a method for detecting the presence of pathogenic organisms in a water sample comprising the following sequence of steps: a concentration of pathogenic organisms, an opening of the cells of pathogenic organisms, a concentration of DNA and / or RNA of cells, at least one amplification of nucleic acids, and a qualitative and / or quantitative detection of DNA and / or RNA representative of the contamination of water by said pathogenic organisms; characterized in that all of the sequential steps of the process are managed entirely automatically using a control logic.
L'eau analysée dans le procédé de détection selon la présente invention est avantageusement issue des réseaux d'eau potable, des réseaux d'eau industrielle ou The water analyzed in the detection method according to the present invention advantageously comes from drinking water networks, industrial water networks or
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d'eau usée, des réseaux d'eau de refroidissement, des réseaux de production d'énergie, notamment d'énergie nucléaire. waste water, cooling water networks, energy production networks, in particular nuclear energy.
Avantageusement selon la présente invention, les organismes pathogènes détectés sont de préférence des bactéries, des virus, des champignons et/ou des protozoaires. Advantageously according to the present invention, the pathogenic organisms detected are preferably bacteria, viruses, fungi and / or protozoa.
Avantageusement selon la présente invention, le volume initial d'échantillon d'eau est supérieur à 50 ml, de préférence compris entre 100 ml et 10 litres, de manière encore plus préférentielle de 2 à 3 litres. Advantageously according to the present invention, the initial volume of water sample is greater than 50 ml, preferably between 100 ml and 10 liters, even more preferably from 2 to 3 liters.
Selon la présente invention, une amplification d'acides nucléiques est nécessaire dans le procédé de détection afin de pouvoir détecter au minimum un agent pathogène, et de préférence de 1 à 5 agents pathogènes, dans l'échantillon d'eau analysé. According to the present invention, an amplification of nucleic acids is necessary in the detection method in order to be able to detect at least one pathogen, and preferably from 1 to 5 pathogens, in the sample of water analyzed.
Avantageusement selon la présente invention, l'amplification d'acides nucléiques est réalisée par une réaction en chaîne par polymérase (PCR) en temps réel. Advantageously according to the present invention, the amplification of nucleic acids is carried out by a polymerase chain reaction (PCR) in real time.
La PCR est une technique d'amplification communément utilisée. La technique de PCR (Rolfs et al., 1991) nécessite le choix de paires d'amorces oligonucléotidiques encadrant le fragment qui doit être amplifié. Les principes généraux et les conditions de réalisation de l'amplification d'acides nucléiques par PCR sont bien connus de l'homme du métier et sont notamment décrits dans les brevets US 4 683 202, US 4 683 195 et US 4 965 188. PCR is a commonly used amplification technique. The PCR technique (Rolfs et al., 1991) requires the choice of pairs of oligonucleotide primers flanking the fragment which must be amplified. The general principles and the conditions for carrying out the amplification of nucleic acids by PCR are well known to those skilled in the art and are described in particular in US Patents 4,683,202, US 4,683,195 and US 4,965,188.
D'autres techniques similaires d'amplification d'acides nucléiques (ADN et/ou ARN) peuvent être avantageusement employées comme alternative à la PCR (PCRlike) à l'aide de couple d'amorces de séquences nucléotidiques. Par PCR-like, on entend désigner toutes les méthodes mettant en oeuvre des reproductions directes ou indirectes des séquences d'acides nucléiques, ou bien dans lesquelles les systèmes de marquage ont été amplifiés, ces techniques étant bien entendu connues de l'homme du métier. On peut notamment citer la technique SDA (Strand Displacement Amplification) ou technique d'amplification à déplacement de brin (Walker et al., 1992), la technique TAS (Transcription-based Amplification System) décrite par Kwoh et al. (1989), la technique 3SR (Self-Sustained Sequence Replication) décrite par Guatelli et al. (1990), la technique NASBA (Nucleic Acid Sequence Based Amplification) décrite par Kievitis et al. (1991), la technique TMA (Transcription Other similar nucleic acid amplification techniques (DNA and / or RNA) can be advantageously used as an alternative to PCR (PCRlike) using pairs of primers of nucleotide sequences. The term “PCR-like” is intended to denote all the methods implementing direct or indirect reproductions of the nucleic acid sequences, or else in which the labeling systems have been amplified, these techniques being of course known to those skilled in the art. . Mention may in particular be made of the SDA technique (Strand Displacement Amplification) or strand displacement amplification technique (Walker et al., 1992), the TAS technique (Transcription-based Amplification System) described by Kwoh et al. (1989), the 3SR (Self-Sustained Sequence Replication) technique described by Guatelli et al. (1990), the NASBA (Nucleic Acid Sequence Based Amplification) technique described by Kievitis et al. (1991), the TMA technique (Transcription
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Mediated Amplification), la technique LCR (Ligase Chain Reaction) décrite par Landegren et al. (1988), la technique de RCR (Repair Chain Reaction) décrite par Segev (1992), la technique CPR (Cycling Probe Reaction) décrite par Duck et al. Mediated Amplification), the LCR (Ligase Chain Reaction) technique described by Landegren et al. (1988), the RCR (Repair Chain Reaction) technique described by Segev (1992), the CPR (Cycling Probe Reaction) technique described by Duck et al.
(1990), la technique d'amplification à la Q-béta-réplicase décrite par Miele et al. (1990), the Q-beta-replicase amplification technique described by Miele et al.
(1983). Certaines de ces techniques ont depuis été perfectionnées. Ainsi, selon la présente invention, une détection spécifique d'agents pathogènes peut être effectuée en utilisant de telles techniques d'amplification d'acides nucléiques à grande vitesse. (1983). Some of these techniques have since been perfected. Thus, according to the present invention, specific detection of pathogens can be carried out using such techniques of amplification of nucleic acids at high speed.
En comparant la technique d'amplification par PCR ou par une technique similaire telle que la NASBA avec des techniques traditionnelles pour la détection d'agents pathogènes telles que la culture cellulaire, la Demanderesse a découvert que l'on pouvait réduire la durée requise pour l'essai de quelques semaines ou quelques jours à quelques heures. En outre, l'amplification par PCR ou analogue est facile à réaliser et les coûts initiaux comme les coûts ultérieurs pour la mise en oeuvre de la PCR s'avèrent bien inférieurs aux coûts engendrés pour la mise en oeuvre des techniques de cultures cellulaires. De plus, on peut utiliser une PCR pour identifier une forme spécifique des agents pathogènes que l'on trouve dans l'eau. On peut ainsi l'utiliser pour détecter l'état infectieux d'un organisme, prouvant la présence ou l'absence d'ADN ou d'ARN spécifique de l'agent pathogène. L'amplification par PCR selon l'invention permet aussi d'obtenir un procédé de sensibilité élevée, avantageusement supérieure à 1 picogramme, et de manière encore plus avantageuse supérieure à quelques femtogrammes d'acides nucléiques. By comparing the amplification technique by PCR or by a similar technique such as NASBA with traditional techniques for the detection of pathogens such as cell culture, the Applicant has discovered that the time required for the test from a few weeks or a few days to a few hours. In addition, the amplification by PCR or the like is easy to carry out and the initial costs as well as the subsequent costs for the implementation of the PCR prove to be much lower than the costs generated for the implementation of the cell culture techniques. In addition, PCR can be used to identify a specific form of the pathogens found in water. It can thus be used to detect the infectious state of an organism, proving the presence or absence of DNA or RNA specific for the pathogen. The PCR amplification according to the invention also makes it possible to obtain a high sensitivity method, advantageously greater than 1 picogram, and even more advantageously greater than a few femtograms of nucleic acids.
La Demanderesse a également découvert que l'utilisation de l'amplification par PCR (ou analogue) suivie d'une détection spécifique in situ, en temps réel, par exemple par fluorescence fournissait des données d'analyse relatives à la détection et à l'identification des organismes plus rapidement et plus précisément que tout autre système de détection à base de biopuces. Les biopuces permettent de détecter un nombre d'espèces pathogènes beaucoup plus important que celui détecté à l'aide de la PCR en ligne mais, sur la base d'agents pathogènes connus (qui peuvent être plus efficacement testés en tant que groupes), la PCR en temps réel est beaucoup plus efficace et donne une bien meilleure spécificité que des biopuces standard hybridées. En outre, une hybridation de puces, qui permet une mise en contact des microorganismes avec une sonde à ADN et/ou à ARN, prend plusieurs heures, jusqu'à The Applicant has also discovered that the use of amplification by PCR (or the like) followed by specific detection in situ, in real time, for example by fluorescence, provides analysis data relating to the detection and identification of organisms faster and more precisely than any other biochip-based detection system. Biochips allow a much larger number of pathogenic species to be detected than that detected using online PCR but, on the basis of known pathogens (which can be more effectively tested as a group), the Real-time PCR is much more efficient and gives much better specificity than standard hybridized biochips. In addition, a hybridization of chips, which allows contacting of the microorganisms with a DNA and / or RNA probe, takes several hours, up to
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inclure souvent une incubation pendant la nuit, ce qui est significativement plus long que l'amplification de l'ADN ou de l'ARN en temps réel. Often include an overnight incubation, which is significantly longer than amplifying DNA or RNA in real time.
Pour effectuer l'amplification d'acides nucléiques, de préférence par PCR, selon la présente invention, une grande variété d'amorces peut être utilisée, certaines d'entre elles étant déjà disponibles dans des bases de données ou dans la littérature, certaines autres ayant déjà été mises au point pour des organismes spécifiques. To carry out the amplification of nucleic acids, preferably by PCR, according to the present invention, a wide variety of primers can be used, some of them already being available in databases or in the literature, some others having already been developed for specific organizations.
Selon un mode de réalisation particulier de la présente invention, on utilise une "nested"PCR, en divisant la PCR en deux étapes, afin d'obtenir une sensibilité maximale vis-à-vis des agents pathogènes que l'on cherche à détecter dans l'eau. La première PCR est alors faite avec la totalité de l'échantillon (typiquement de plusieurs centaines de micro litres avec seulement quelques molécules d'ADN) en utilisant un ensemble d'amorces dégénérées employant un appareil à cycles thermiques standard. According to a particular embodiment of the present invention, a "nested" PCR is used, by dividing the PCR into two stages, in order to obtain maximum sensitivity with respect to the pathogens which it is sought to detect in the water. The first PCR is then made with the entire sample (typically several hundred micro liters with only a few DNA molecules) using a set of degenerate primers using a standard thermal cycle device.
Après amplification pendant quelques cycles (par exemple de 10 à 20 cycles) à haute température (75 à 100 C), le fluide qui contient alors au moins plusieurs milliers d'exemplaires de chaque ADN peut être divisé en un certain nombre de petits flacons dans un second appareil de PCR, en utilisant un moyen de prélèvement et de distribution automatiques tel qu'un robot. Un second ensemble d'amorces est ensuite ajouté à chaque flacon et une seconde amplification d'acides nucléiques est alors réalisée tout en effectuant une détection en ligne, par exemple par fluorescence. La première amplification va ainsi pouvoir être utilisée pour amplifier les acides nucléiques de groupes d'agents pathogènes à l'aide d'amorces universelles qui sont dégénérées, alors que la seconde amplification va permettre de déterminer précisément les espèces présentes dans l'échantillon analysé à l'aide d'amorces spécifiques de chaque espèce que l'on cherche à détecter. Dans ce mode de réalisation particulier de la présente invention, la détection est effectuée lors de la réalisation de la deuxième PCR ; aucune détection n'est effectuée lors de la première PCR qui se limite à un rôle d'amplification des acides nucléiques. After amplification for a few cycles (for example 10 to 20 cycles) at high temperature (75 to 100 C), the fluid which then contains at least several thousand copies of each DNA can be divided into a number of small vials in a second PCR apparatus, using an automatic sampling and distribution means such as a robot. A second set of primers is then added to each flask and a second amplification of nucleic acids is then carried out while carrying out on-line detection, for example by fluorescence. The first amplification will thus be able to be used to amplify the nucleic acids of groups of pathogens using universal primers which are degenerate, while the second amplification will make it possible to precisely determine the species present in the sample analyzed at using primers specific to each species that one seeks to detect. In this particular embodiment of the present invention, the detection is carried out during the carrying out of the second PCR; no detection is carried out during the first PCR which is limited to a role of amplification of the nucleic acids.
Tandis que dans le domaine médical, il s'agit d'analyser des échantillons de sang de quelques microlitres à quelques millilitres, dans la recherche et le contrôle portant sur l'environnement, des échantillons de volumes pouvant aller jusqu'à plusieurs dizaines de litres sont usuellement analysés. Cependant, les techniques While in the medical field, it involves analyzing blood samples from a few microliters to a few milliliters, in research and monitoring relating to the environment, samples of volumes up to several tens of liters are usually analyzed. However, the techniques
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directes d'ouverture des cellules des organismes ne sont pas réalisables sur des volumes aussi importants, et les organismes pathogènes, que l'on cherche à détecter selon le procédé de la présente invention, doivent être concentrés à des volumes inférieurs à 100 ml avant de pouvoir démarrer la suite du traitement. En outre, les normes de qualité d'eau potable imposent de prouver l'absence d'un organisme dans 100 ml d'échantillon d'eau analysée. La difficulté de la concentration d'organismes pathogènes issus d'échantillons de l'ordre du litre d'eau est de perdre le moins possible d'organismes, tout en réduisant le volume de l'échantillon jusqu'à un volume de l'ordre d'une centaine de ml. direct opening of the cells of the organisms cannot be carried out on such large volumes, and the pathogenic organisms which it is sought to detect according to the method of the present invention must be concentrated at volumes of less than 100 ml before be able to start further treatment. In addition, drinking water quality standards require proof of the absence of an organism in 100 ml of the sample of water analyzed. The difficulty of concentrating pathogenic organisms from samples of the order of a liter of water is to lose as few organisms as possible, while reducing the volume of the sample to a volume of the order of a hundred ml.
Avantageusement selon la présente invention, la concentration des organismes pathogènes est réalisée par précipitation, co-précipitation ou précipitation par inclusion. Une telle concentration d'organismes à partir de volumes d'échantillons de l'ordre du litre permet ainsi d'avoir un procédé de haute sensibilité et de respecter les normes imposées sur la qualité de l'eau. En effet, plus un volume d'échantillon est important, plus la sensibilité est accrue et plus les données d'analyse sont précises. En outre, le procédé de détection selon la présente invention permet de détecter la présence de moins de 10 espèces différentes dans des volumes initiaux d'échantillons de 100 ml à 10 litres, de préférence 2 à 3 litres. De plus, alors que les instruments de la concurrence font appel soit à une filtration, soit à une capture par perle magnétique à titre de première étape de concentration, la précipitation par inclusion est plus efficace en terme de piégeage des organismes, plus économique et permet de traiter des échantillons hautement contaminés. L'étape de concentration des organismes pathogènes comprend dans le cadre de la présente invention le prélèvement automatique des échantillons d'eau analysés. Advantageously according to the present invention, the concentration of pathogenic organisms is carried out by precipitation, co-precipitation or precipitation by inclusion. Such a concentration of organisms from sample volumes of the order of a liter thus makes it possible to have a highly sensitive process and to comply with the standards imposed on the quality of the water. In fact, the larger the sample volume, the more the sensitivity is increased and the more precise the analysis data. In addition, the detection method according to the present invention makes it possible to detect the presence of less than 10 different species in initial volumes of samples from 100 ml to 10 liters, preferably 2 to 3 liters. In addition, while competitive instruments use either filtration or magnetic bead capture as the first stage of concentration, precipitation by inclusion is more effective in terms of trapping organisms, more economical and allows to process highly contaminated samples. In the context of the present invention, the step of concentrating the pathogenic organisms comprises the automatic taking of the analyzed water samples.
De manière encore plus avantageuse selon la présente invention, la concentration des organismes pathogènes est réalisée en présence de carbonates d'ions bivalents, avantageusement choisis dans le groupe constitué par le carbonate de calcium, le carbonate de strontium et le carbonate de baryum. Le milieu réactionnel est porté à une température relativement élevée, de préférence de l'ordre de 40 à 60 C, de façon à permettre la formation rapide, en quelques minutes, d'un précipité contenant divers agents pathogènes par simple décantation et sans ajout de force gravitationnelle supplémentaire. Afin d'obtenir une décantation efficace, les réactifs tels que les Even more advantageously according to the present invention, the concentration of pathogenic organisms is carried out in the presence of carbonates of bivalent ions, advantageously chosen from the group consisting of calcium carbonate, strontium carbonate and barium carbonate. The reaction medium is brought to a relatively high temperature, preferably of the order of 40 to 60 ° C., so as to allow the rapid formation, in a few minutes, of a precipitate containing various pathogenic agents by simple decantation and without adding additional gravitational force. In order to achieve effective decantation, reagents such as
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carbonates d'ions bivalents ne sont pas ajoutés en une seule fois dans le milieu réactionnel, mais sont ajoutés à plusieurs reprises. Après formation du précipité, sur lequel viennent s'adsorber les différents agents pathogènes de l'échantillon d'eau, le liquide surnageant est évacué et le précipité est dissous dans un acide tel que l'acide formique. Le milieu réactionnel contenant le précipité dissous est ensuite neutralisé à l'aide d'un agent tampon. carbonates of bivalent ions are not added all at once to the reaction medium, but are added several times. After formation of the precipitate, on which the various pathogens of the water sample are absorbed, the supernatant liquid is removed and the precipitate is dissolved in an acid such as formic acid. The reaction medium containing the dissolved precipitate is then neutralized using a buffering agent.
Avantageusement selon la présente invention, l'étape d'ouverture des cellules, qui suit celle de la concentration des organismes pathogènes, est réalisée par broyage sur perles agitées. Par le terme d'''ouverture des cellules", on entend au sens de la présente invention une rupture ou une lyse des cellules des organismes pathogènes visant à libérer le contenu, et notamment les acides nucléiques, de ces cellules. Les conditions opératoires de cette étape sont adaptées de manière à éviter toute altération des acides nucléiques. L'étape d'ouverture cellulaire selon la présente invention est effectuée en utilisant des volumes d'échantillons analysés de l'ordre de 10 à 100 ml, de préférence de 50 ml, et a été conçue préférentiellement pour se dérouler dans un système semi-continu en utilisant des perles agitées par une forte source d'énergie pour rompre les cellules des organismes au moyen de chocs et d'impacts directs. Les particules de craquage selon la présente invention sont retenues dans la chambre de craquage (chambre d'ouverture des cellules), alors que les cellules rompues, suite aux chocs engendrés par les particules, et les acides nucléiques ainsi libérés des cellules sortent de la chambre de craquage, permettant ainsi de faire fonctionner le broyage des perles d'une façon semi-continue. Advantageously according to the present invention, the step of opening the cells, which follows that of the concentration of pathogenic organisms, is carried out by grinding on agitated pearls. By the term "cell opening" is meant in the sense of the present invention a rupture or lysis of the cells of pathogenic organisms aimed at releasing the content, and in particular the nucleic acids, of these cells. The operating conditions of this step is adapted so as to avoid any alteration of the nucleic acids The cell opening step according to the present invention is carried out using volumes of analyzed samples of the order of 10 to 100 ml, preferably 50 ml , and was preferably designed to take place in a semi-continuous system using beads stirred by a strong source of energy to break the cells of organisms by means of shocks and direct impacts. invention are retained in the cracking chamber (cell opening chamber), whereas the ruptured cells, following the shocks generated by the particles, and the acids nucleic acid thus released from the cells leave the cracking chamber, thus making it possible to operate the grinding of the pearls in a semi-continuous manner.
Avantageusement selon la présente invention, les perles sont agitées par ultrasons, par agitation mécanique ou par vibration mécanique, de préférence pendant environ une dizaine de minutes. L'élévation de température, créée lors de l'agitation et du choc des particules, semble également contribuer à l'efficacité d'ouverture des cellules. L'ajout d'agents chimiques ou d'enzymes telles que des protéinases peut également favoriser le craquage des cellules, notamment en digérant les parois cellulaires. Advantageously according to the present invention, the pearls are agitated by ultrasound, by mechanical agitation or by mechanical vibration, preferably for approximately ten minutes. The rise in temperature, created during agitation and shock of the particles, also seems to contribute to the opening efficiency of the cells. The addition of chemical agents or enzymes such as proteinases can also promote cracking of the cells, in particular by digesting the cell walls.
Avantageusement selon la présente invention, lors de l'ouverture des cellules ou suite à l'ouverture des cellules et préalablement à la concentration d'ADN et/ou d'ARN, sont ajoutés au milieu réactionnel contenant les cellules, de préférence à l'aide de Advantageously according to the present invention, during the opening of the cells or following the opening of the cells and before the concentration of DNA and / or RNA, are added to the reaction medium containing the cells, preferably with help from
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pompes et de valves, au moins un agent chaotrope, avantageusement un sel de guanidine, tel que le thiocyanate de guanidine, et au moins un agent modificateur d'adsorption, avantageusement un alcool tel que l'éthanol, afin de faciliter l'extraction d'ADN et/ou d'ARN des cellules et afin d'inactiver les nucléases, qui sont des enzymes susceptibles de détruire les acides nucléiques. Le sel de guanidine, tel que le thiocyanate de guanidine, est préférentiellement ajouté selon la présente invention à une concentration de plus d'une mole par litre. De manière encore plus avantageuse selon la présente invention, un mélange d'agent chaotrope et d'agent modificateur d'adsorption est ajouté au milieu réactionnel contenant les cellules des organismes pathogènes. pumps and valves, at least one chaotropic agent, advantageously a guanidine salt, such as guanidine thiocyanate, and at least one adsorption modifying agent, advantageously an alcohol such as ethanol, in order to facilitate the extraction of DNA and / or RNA of cells and in order to inactivate nucleases, which are enzymes capable of destroying nucleic acids. The guanidine salt, such as guanidine thiocyanate, is preferably added according to the present invention at a concentration of more than one mole per liter. Even more advantageously according to the present invention, a mixture of chaotropic agent and adsorption modifying agent is added to the reaction medium containing the cells of the pathogenic organisms.
Avantageusement selon la présente invention, l'étape de concentration d'ADN et/ou d'ARN, qui suit celle d'ouverture des cellules, est effectuée par adsorption réversible des acides nucléiques sur support solide contenant un matériau adsorbant, suivie d'une élution de ces acides. Advantageously according to the present invention, the step of concentrating DNA and / or RNA, which follows that of opening the cells, is carried out by reversible adsorption of the nucleic acids on a solid support containing an adsorbent material, followed by a elution of these acids.
L'étape de concentration d'ADN et/ou d'ARN selon la présente invention correspond à une extraction et à une purification d'ADN et/ou d'ARN. The DNA and / or RNA concentration step according to the present invention corresponds to an extraction and a purification of DNA and / or RNA.
Selon la présente invention, le matériau adsorbant est avantageusement un matériau vitreux, de préférence comprenant en surface des groupes hydroxy, ou un composé à base de silice. According to the present invention, the adsorbent material is advantageously a glassy material, preferably comprising at the surface hydroxy groups, or a silica-based compound.
Selon la présente invention, l'élution des acides nucléiques est avantageusement réalisée par lavage du matériau adsorbant à l'aide d'au moins un solvant contenant des ions monovalents, avantageusement choisis dans le groupe constitué par le thiocyanate de sodium et l'EDTA. Le solvant selon l'invention est ainsi avantageusement un agent complexant formé d'ions monovalents. According to the present invention, the elution of the nucleic acids is advantageously carried out by washing the adsorbent material using at least one solvent containing monovalent ions, advantageously chosen from the group consisting of sodium thiocyanate and EDTA. The solvent according to the invention is thus advantageously a complexing agent formed from monovalent ions.
La demanderesse a ainsi découvert de manière surprenante que l'élution des acides nucléiques à partir du support d'adsorption ne pouvait pas être réalisée sans convertir au préalable le complexe d'acides nucléiques et d'ions bivalents, formé lors de la première étape de concentration des organismes, en complexe constitué d'acides nucléiques et d'ions monovalents. En effet, le complexe d'acides nucléiques et d'ions bivalents est fortement lié au support d'adsorption solide et ne peut pas être désorbé puis élué par simple lavage à l'aide d'un solvant. La désorption, suivie de l'élution, des acides nucléiques n'est rendue possible que par l'ajout d'un agent complexant formé The Applicant has thus surprisingly discovered that the elution of nucleic acids from the adsorption support could not be carried out without first converting the complex of nucleic acids and bivalent ions, formed during the first stage of concentration of organisms, in a complex consisting of nucleic acids and monovalent ions. Indeed, the complex of nucleic acids and bivalent ions is strongly linked to the solid adsorption support and cannot be desorbed and then eluted by simple washing using a solvent. Desorption, followed by elution, of nucleic acids is only made possible by the addition of a complexing agent formed
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d'ions monovalents. Un tel agent permet ainsi d'échanger les ions bivalents, liés aux acides nucléiques, contre des ions monovalents et de former ainsi un nouveau complexe qui va pouvoir être désorbé beaucoup plus facilement que le complexe acides nucléiques/ions bivalents. Après réalisation de l'échange d'ions, un solvant est ensuite ajouté pour finaliser l'élution des acides nucléiques. Ce solvant doit être compatible avec l'étape d'amplification qui suit l'étape de concentration des acides nucléiques, et est avantageusement choisi dans le groupe constitué par l'eau ou un tampon dilué. of monovalent ions. Such an agent thus makes it possible to exchange the bivalent ions, linked to the nucleic acids, for monovalent ions and thus to form a new complex which will be able to be desorbed much more easily than the complex nucleic acids / bivalent ions. After completion of the ion exchange, a solvent is then added to finalize the elution of the nucleic acids. This solvent must be compatible with the amplification step which follows the nucleic acid concentration step, and is advantageously chosen from the group consisting of water or a diluted buffer.
Avantageusement selon la présente invention, le procédé peut contenir en outre une étape de concentration de volume, afin de parvenir à des volumes de l'ordre d'une centaine de u. I jusqu'à moins de 1 ml, avantageusement moins de 100 ul, avant de procéder à l'amplification des acides nucléiques et suite à l'étape de concentration des acides nucléiques. Advantageously according to the present invention, the method can also contain a volume concentration step, in order to achieve volumes of the order of a hundred u. I up to less than 1 ml, advantageously less than 100 μl, before proceeding with the amplification of the nucleic acids and following the step of concentrating the nucleic acids.
Avantageusement selon la présente invention, l'étape de détection des organismes pathogènes, qui suit celle d'amplification des acides nucléiques, est une détection en ligne (en temps réel), in situ. De manière encore plus avantageuse, cette détection est réalisée par fluorescence, par luminescence ou par spectrométrie de masse. Elle peut également être réalisée par d'autres techniques de détection bien connues de l'homme du métier, telles que celles d'hybridation sur puce ou d'amplification enzymatique. Advantageously according to the present invention, the step of detecting pathogenic organisms, which follows that of amplifying the nucleic acids, is an online detection (in real time), in situ. Even more advantageously, this detection is carried out by fluorescence, by luminescence or by mass spectrometry. It can also be carried out by other detection techniques well known to those skilled in the art, such as those of hybridization on a chip or of enzymatic amplification.
De manière encore plus avantageuse selon l'invention, la détection est réalisée in situ par fluorescence. Afin d'obtenir un signal de détection, on peut ainsi ajouter lors de l'étape d'amplification du Cybergreen ou un autre fluorophore d'intercalation à deux brins permettant d'indiquer le succès de l'amplification par une forte augmentation de fluorescence au cours du cycle. En effet, les amorces marquées à l'aide des fluorophores s'hybrident spécifiquement avec l'ADN cible de l'échantillon. Even more advantageously according to the invention, the detection is carried out in situ by fluorescence. In order to obtain a detection signal, it is thus possible to add, during the amplification step, Cybergreen or another intercalating fluorophore with two strands making it possible to indicate the success of the amplification by a strong increase in fluorescence at course of the cycle. In fact, the primers labeled with fluorophores specifically hybridize with the target DNA of the sample.
La réaction d'amplification par PCR engendrant un grand nombre de copies de l'ADN cible, on peut ainsi obtenir une quantification de l'intensité du signal de fluorescence, directement corrélé avec la quantité d'ADN cible initiale dans l'échantillon analysé. As the PCR amplification reaction generates a large number of copies of the target DNA, it is thus possible to obtain a quantification of the intensity of the fluorescence signal, directly correlated with the quantity of initial target DNA in the sample analyzed.
Pour obtenir une détection multispécifique, c'est-à-dire une détection spécifique de plusieurs agents pathogènes, dans un seul flacon et afin d'augmenter la spécificité vis-à-vis de ces agents pathogènes si cela est nécessaire, des fanaux To obtain multispecific detection, i.e. specific detection of several pathogens, in a single bottle and in order to increase the specificity vis-à-vis these pathogens if necessary
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moléculaires ou des traceurs similaires peuvent être ajoutés aux différents flacons utilisés lors de l'amplification. En utilisant une instrumentation standard, on peut détecter jusqu'à quatre espèces différentes par flacon. Molecular or similar tracers can be added to the different vials used during amplification. Using standard instrumentation, up to four different species can be detected per bottle.
Avantageusement, le procédé de détection selon la présente invention peut contenir en outre une étape préalable de filtration, avant de procéder à l'étape de concentration des organismes pathogènes. Une telle filtration peut s'avérer utile dans le cas de l'analyse d'échantillons d'eau brute ou d'eau de surface, particulièrement contaminées et chargées de substances gênantes telles que du sable. Advantageously, the detection method according to the present invention may also contain a prior filtration step, before proceeding to the step of concentrating the pathogenic organisms. Such filtration can be useful in the case of the analysis of raw water or surface water samples, particularly contaminated and loaded with troublesome substances such as sand.
Avantageusement, le procédé de détection selon la présente invention peut contenir en outre une étape préalable de traitement de l'échantillon d'eau par choc thermique et/ou par ajout d'un composé chimique inducteur de gène afin d'induire l'ARN de gènes spécifiques et de détecter les organismes pathogènes viables dans ledit échantillon d'eau. En effet, un choc thermique (augmentation de la température pendant quelques instants) ou l'ajout d'un composé chimique induisent un ensemble de protéines permettant la réalisation d'une réaction RT (de transcriptase inverse) en tant que première étape, lorsqu'est réalisée la première PCR, permettant ainsi d'obtenir un signal spécifique d'organismes viables. La réaction RT permet de transformer l'ARN en ADN. Si cela s'avère nécessaire, des ADNases peuvent être ajoutées pour détruire l'ADN natif. Une spécificité est obtenue en induisant un ADN spécifique de haut niveau. Advantageously, the detection method according to the present invention may also contain a preliminary step of treatment of the water sample by thermal shock and / or by adding a gene-inducing chemical compound in order to induce the RNA of specific genes and detect viable pathogenic organisms in said water sample. Indeed, a thermal shock (increase in temperature for a few moments) or the addition of a chemical compound induce a set of proteins allowing the realization of an RT reaction (reverse transcriptase) as a first step, when the first PCR is carried out, thus making it possible to obtain a specific signal from viable organisms. The RT reaction transforms RNA into DNA. If necessary, DNAases can be added to destroy the native DNA. Specificity is obtained by inducing a specific high level DNA.
Avantageusement selon la présente invention, un choc thermique est réalisé par impulsion de chaleur durant moins de 3 heures, avantageusement à une température de 30 à 50 C. Advantageously according to the present invention, a thermal shock is produced by heat pulse lasting less than 3 hours, advantageously at a temperature of 30 to 50 C.
Avantageusement selon la présente invention, un composé chimique inducteur de gène est ajouté. Un tel composé permet d'induire l'ARN de gènes spécifiques. Le composé est avantageusement un élément nutritif tel que le lactose ou un inducteur ciblé comme l'IPTG (Isopropyl- (beta)-D-thiogalactopyranoside). Ce composé chimique permet une forte augmentation du niveau des ARN spécifiques dans les cellules. La durée de l'induction dépend de l'organisme, mais est typiquement comprise entre 2 minutes et 1 heure. Les protéines induites par la chaleur comme dnaJ, grpE,
hscB, hsIJ, hslV, htpG, htpX, htrB, htrC, pphA, pphB, rpoE et d'autres protéines de Advantageously according to the present invention, a gene-inducing chemical compound is added. Such a compound makes it possible to induce the RNA of specific genes. The compound is advantageously a nutritive element such as lactose or a targeted inducer such as IPTG (Isopropyl- (beta) -D-thiogalactopyranoside). This chemical compound allows a sharp increase in the level of specific RNA in cells. The duration of the induction depends on the organism, but is typically between 2 minutes and 1 hour. Heat induced proteins like dnaJ, grpE,
hscB, hsIJ, hslV, htpG, htpX, htrB, htrC, pphA, pphB, rpoE and other proteins from
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choc (par exemple des classes des petites HSP, HSP 60, HSP 70, HSP 90, HSP 100, ubiquitine) sont des cibles efficaces. shock (eg classes of small HSP, HSP 60, HSP 70, HSP 90, HSP 100, ubiquitin) are effective targets.
Dans le cadre de la présente invention, l'induction d'ARN de gènes spécifiques peut également être réalisée par une irradiation aux UV, par l'utilisation de substances toxiques telles que le cis-platinum, l'anisomycine, la tunicamycine, l'arsénite ou par un choc osmotique. In the context of the present invention, the induction of RNA of specific genes can also be carried out by UV irradiation, by the use of toxic substances such as cis-platinum, anisomycin, tunicamycin, arsenite or by osmotic shock.
L'induction est une preuve directe de la viabilité de la cellule. De plus, un ARN peut ainsi être détecté à de nombreux exemplaires avec une plus grande sensibilité par rapport à l'ADN. Alors que la détection d'ADN est importante, puisque l'ADN est présent dans chaque cellule en une quantité fixe, et qu'il est alors aisé de faire une corrélation entre l'ADN et le nombre de cellules, l'ARN quant à lui peut être induit à différents niveaux, permettant ainsi de détecter la viabilité des organismes pathogènes. Induction is direct proof of the viability of the cell. In addition, an RNA can thus be detected in numerous copies with greater sensitivity compared to DNA. While DNA detection is important, since DNA is present in each cell in a fixed amount, and it is then easy to correlate DNA with the number of cells, RNA is it can be induced at different levels, thus making it possible to detect the viability of pathogenic organisms.
Avantageusement selon la présente invention, le composé chimique inducteur de gène est le lactose ou l'IPTG afin d'induire l'ARN du lac Z. L'opéron lac Z, qui est unique dans sa séquence dans un certain nombre d'organismes pathogènes, constitue en effet une cible utile. La durée de l'induction est de quelques minutes. Advantageously according to the present invention, the gene-inducing chemical compound is lactose or IPTG in order to induce the RNA of lac Z. The lac Z operon, which is unique in its sequence in a certain number of pathogenic organisms , is indeed a useful target. The duration of the induction is a few minutes.
Avantageusement selon la présente invention, la détection des organismes pathogènes viables dans un échantillon d'eau est réalisée après avoir obtenu un premier signal de détection d'ADN représentatif de la présence d'organismes pathogènes dans ledit échantillon d'eau. Ainsi, dans un mode de réalisation particulier de la présente invention, l'ensemble des étapes du procédé de détection de la présence d'organismes pathogènes sont tout d'abord mises en oeuvre afin de conclure sur la contamination effective (ou non) de l'échantillon d'eau analysé. En cas de réponse positive, par l'obtention d'un signal d'ADN représentatif de la présence d'organismes pathogènes dans ledit échantillon, l'ensemble des étapes du procédé de détection selon la présente invention sont à nouveau mises en oeuvre, en ajoutant une étape préalable de traitement de l'échantillon d'eau par choc thermique et/ou par ajout d'un composé chimique inducteur de gène afin d'induire l'ARN de gènes spécifiques. Le signal d'ADN est ensuite comparé avec le signal d'ARN obtenu, ce qui permet de détecter les organismes pathogènes viables dans échantillon d'eau analysé. Advantageously according to the present invention, the detection of viable pathogenic organisms in a water sample is carried out after having obtained a first DNA detection signal representative of the presence of pathogenic organisms in said water sample. Thus, in a particular embodiment of the present invention, all of the steps of the method for detecting the presence of pathogenic organisms are first implemented in order to conclude on the actual (or not) contamination of the water sample analyzed. In the event of a positive response, by obtaining a DNA signal representative of the presence of pathogenic organisms in said sample, all of the steps of the detection method according to the present invention are again implemented, in adding a preliminary step of treatment of the water sample by thermal shock and / or by adding a gene-inducing chemical compound in order to induce the RNA of specific genes. The DNA signal is then compared with the RNA signal obtained, which makes it possible to detect viable pathogenic organisms in the sample of water analyzed.
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Avantageusement selon la présente invention, la logique de commande est constituée par au moins un ordinateur, par exemple de type PC, qui commande l'ensemble des étapes. La logique de commande permet ainsi de déclencher et de contrôler les différents étapes du procédé et de recueillir, à l'issue du procédé, les données d'analyse relatives à la détection des organismes. Advantageously according to the present invention, the control logic consists of at least one computer, for example of the PC type, which controls all of the steps. The control logic thus makes it possible to trigger and control the various stages of the process and to collect, at the end of the process, the analysis data relating to the detection of organisms.
Avantageusement selon la présente invention, les données d'analyse relatives à la détection des organismes sont transférées de manière automatique à un système de commande central. Le système de commande central selon la présente invention est avantageusement constitué par au moins un ordinateur. Ce système de commande central va pouvoir regrouper, analyser et gérer l'ensemble des données analytiques, par exemple à l'aide de bases de données, et incorporer ces données dans des modèles mathématiques qui vont permettre de prédire le taux de contamination des réseaux d'eau analysés, le type de micro-organismes présents dans ces réseaux ainsi que le taux de survie de ces micro-organismes. Advantageously according to the present invention, the analysis data relating to the detection of the organisms are automatically transferred to a central control system. The central control system according to the present invention advantageously consists of at least one computer. This central control system will be able to group, analyze and manage all the analytical data, for example using databases, and incorporate this data into mathematical models which will make it possible to predict the rate of contamination of networks d water analyzed, the type of microorganisms present in these networks and the survival rate of these microorganisms.
Avantageusement selon la présente invention, le procédé fonctionne en continu, de manière autonome, pendant une durée supérieure ou égale à un jour, de préférence de trois jours à sept jours. La durée de fonctionnement du procédé peut varier en fonction notamment du nombre de réactifs utilisés. Advantageously according to the present invention, the process operates continuously, autonomously, for a duration greater than or equal to one day, preferably from three days to seven days. The operating time of the process can vary depending in particular on the number of reagents used.
En outre, un échantillon d'eau donné peut être dosé et analysé plusieurs fois par jour en utilisant le procédé de détection selon la présente invention. Pour ce faire, des séquences d'ADN (amorces) spécifiques sont utilisées, et si cela est nécessaire de nouvelles amorces peuvent être mises au point. La durée du dosage pour un cycle de test en utilisant le procédé selon la présente invention est optimisée à une durée de l'ordre du temps de doublement de la plupart des organismes (2 à 6 heures). In addition, a given water sample can be assayed and analyzed several times a day using the detection method according to the present invention. To do this, specific DNA sequences (primers) are used, and if necessary new primers can be developed. The duration of the assay for a test cycle using the method according to the present invention is optimized to a duration of the order of the doubling time of most organisms (2 to 6 hours).
La présente invention a également pour objet un dispositif de détection de la présence d'organismes pathogènes dans un échantillon d'eau, comprenant : une unité de concentration des organismes pathogènes (1), une unité d'ouverture de cellules des organismes pathogène (2), une unité de concentration d'ADN et/ou d'ARN (3), une unité d'amplification d'acides nucléiques (4), The present invention also relates to a device for detecting the presence of pathogenic organisms in a water sample, comprising: a unit for concentrating pathogenic organisms (1), a unit for opening cells for pathogenic organisms (2 ), a DNA and / or RNA concentration unit (3), a nucleic acid amplification unit (4),
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une unité de détection qualitative et/ou quantitative d'ADN et/ou d'ARN (5) représentatifs de la contamination de l'eau par lesdits organismes pathogènes ; caractérisé en ce qu'il comprend en outre : au moins une logique de commande (6) qui gère de manière entièrement automatique les étapes séquentielles de traitement mises en oeuvre par les unités (1) à (5), des moyens de pompage (7), des moyens de prélèvement et de distribution automatiques (8), et un système de commande central (9). a qualitative and / or quantitative detection unit of DNA and / or RNA (5) representative of the contamination of water by said pathogenic organisms; characterized in that it further comprises: at least one control logic (6) which manages the sequential processing steps implemented by the units (1) to (5) fully automatically, pumping means (7 ), automatic withdrawal and distribution means (8), and a central control system (9).
Avantageusement selon la présente invention, l'unité d'amplification des acides nucléiques (4) est constituée par au moins un appareil de réaction en chaîne par polymérase à thermocycle. L'appareil PCR à thennocycle selon la présente invention réalise des cycles d'amplification d'acides nucléiques successifs, chaque cycle étant réalisé à une plage de température et pendant une durée données. De manière encore plus avantageuse selon la présente invention, l'unité d'amplification est constituée par deux appareils de réaction en chaîne par polymérase à thermocycle afin d'obtenir une sensibilité maximale vis-à-vis des agents pathogènes que l'on cherche à détecter dans l'eau, notamment lorsque l'on procède à une"nested"PCR. Les deux appareils sont alors utilisés séquentiellement. Le passage des acides nucléiques d'un appareil à l'autre est réalisé à l'aide de moyens de prélèvement et de distribution automatiques (8) et d'une logique de commande (6) qui commande ces moyens. Advantageously according to the present invention, the nucleic acid amplification unit (4) consists of at least one chain reaction apparatus by thermocycle polymerase. The thennocycle PCR apparatus according to the present invention performs successive nucleic acid amplification cycles, each cycle being carried out at a given temperature range and for a given duration. Even more advantageously according to the present invention, the amplification unit consists of two thermocycle polymerase chain reaction apparatuses in order to obtain maximum sensitivity with respect to the pathogens which it is desired to detect in water, especially when carrying out a "nested" PCR. The two devices are then used sequentially. The passage of nucleic acids from one device to another is carried out using automatic sampling and distribution means (8) and a control logic (6) which controls these means.
Dans un mode de réalisation particulier de la présente invention, un appareil à thermocycle avec détection en ligne intégré est utilisé pour détecter l'amplification de l'ADN spécifique. Ce type d'appareil est ainsi constitué d'un appareil PCR à thennocycle avec chambre à détection en ligne intégrée. Dans le cas particulier selon la présente invention de la réalisation d'une amplification par"nested"PCR, la deuxième PCR est réalisée dans ce type d'appareil, la première PCR étant réalisée dans un appareil à thennocycle classique. Un tel appareil peut être acquis auprès de certaines sociétés telles que la société Roche Molecular Biochemicals. Dans ce mode de réalisation particulier de la présente invention, les unités (4) et (5) d'amplification et de détection sont rassemblées dans un même appareil. In a particular embodiment of the present invention, a thermocycle apparatus with integrated online detection is used to detect amplification of specific DNA. This type of device thus consists of a thennocycle PCR device with integrated online detection chamber. In the particular case according to the present invention of carrying out an amplification by "nested" PCR, the second PCR is carried out in this type of apparatus, the first PCR being carried out in a conventional thermocycle apparatus. Such a device can be acquired from certain companies such as Roche Molecular Biochemicals. In this particular embodiment of the present invention, the amplification and detection units (4) and (5) are combined in the same device.
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Avantageusement selon la présente invention, l'unité de concentration des organismes pathogènes (1) est un réacteur en métal, comprenant un système d'introduction de l'échantillon d'eau, avantageusement constitué de valves, un système d'introduction de différents réactifs, avantageusement constitué de tubes, de valves et de pompes rotatives ou à galet, un système d'agitation, un système d'évacuation du liquide surnageant, avantageusement constitué de tubes et de valves, un système d'évacuation du précipité, avantageusement constitué de valves et de pompes, et avantageusement placé au fond du réacteur, et un système de chauffage, avantageusement constitué d'une enveloppe (gaine) chauffante placée autour du réacteur. Advantageously according to the present invention, the concentration unit for pathogenic organisms (1) is a metal reactor, comprising a system for introducing the water sample, advantageously consisting of valves, a system for introducing different reagents. , advantageously made up of tubes, valves and rotary or roller pumps, a stirring system, a system for removing the supernatant liquid, advantageously made up of tubes and valves, a system for removing the precipitate, advantageously made up of valves and pumps, and advantageously placed at the bottom of the reactor, and a heating system, advantageously consisting of a heating jacket (sheath) placed around the reactor.
Le réacteur selon la présente invention est en métal, avantageusement en acier inoxydable, afin d'obtenir une résistance élevée aux réactifs chimiques introduits dans ledit réacteur. Le réacteur occupe avantageusement un volume de 100 ml à 10 litres, de préférence de 1 à 3 litres. Les tubes sont quant à eux avantageusement en acier ou en plastique. The reactor according to the present invention is made of metal, advantageously of stainless steel, in order to obtain a high resistance to the chemical reagents introduced into said reactor. The reactor advantageously occupies a volume of 100 ml to 10 liters, preferably from 1 to 3 liters. The tubes are advantageously made of steel or plastic.
L'introduction de l'échantillon d'eau selon la présente invention est réalisée de manière automatique par l'intermédiaire de valves qui sont ouvertes et refermées à l'aide de la logique de commande (6). Selon la présente invention, l'introduction des différents réactifs nécessaires à la concentration des organismes pathogènes est effectuée à l'aide de tubes, de valves et de pompes rotatives ou à galet, lesdites valves et pompes étant actionnées également par la logique de commande (6). L'agitation et le chauffage sont également commandées par la logique de commande (6). La température interne du réacteur est avantageusement contrôlée à l'aide de capteurs. The introduction of the water sample according to the present invention is carried out automatically by means of valves which are opened and closed using the control unit (6). According to the present invention, the introduction of the various reagents necessary for the concentration of pathogenic organisms is carried out using tubes, valves and rotary or roller pumps, said valves and pumps also being actuated by the control logic ( 6). Agitation and heating are also controlled by the control unit (6). The internal temperature of the reactor is advantageously controlled using sensors.
Avantageusement selon la présente invention, l'unité d'ouverture des cellules (2) contient un broyeur à perles. Les perles utilisées sont avantageusement chimiquement inertes et doivent être suffisamment solides pour provoquer la rupture des cellules. Les perles utilisées selon la présente invention sont avantageusement de petites perles, telles que des billes d'acier ou de polymères, comme le plastique, dont le diamètre peut varier de quelques mm à quelques dizaines de um. Afin d'améliorer le craquage des cellules des organismes pathogènes, les perles sont agitées par une forte source d'énergie. Les sources d'énergie possibles pour agiter les perles peuvent être des Advantageously according to the present invention, the cell opening unit (2) contains a pearl mill. The beads used are advantageously chemically inert and must be strong enough to cause the cells to rupture. The beads used according to the present invention are advantageously small beads, such as steel or polymer beads, such as plastic, the diameter of which can vary from a few mm to a few tens of µm. In order to improve the cracking of the cells of pathogenic organisms, the beads are agitated by a strong source of energy. The possible sources of energy for shaking the pearls can be
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sources d'ultrasons, des agitateurs de type agitateurs rotatifs, des dispositifs de type Ultradurax, des dispositifs de type sonotrodes, ou de forts vibrateurs. sources of ultrasound, agitators of the rotary agitator type, Ultradurax type devices, sonotrode type devices, or strong vibrators.
Avantageusement selon la présente invention, l'unité de concentration d'ADN et/ou d'ARN (3) contient un ou plusieurs support (s) solide (s), contenant un matériau d'adsorption réversible pour acides nucléiques, avantageusement un matériau vitreux. La concentration d'acides nucléiques peut ainsi être réalisée par exemple à l'aide d'une colonne d'absorption poreuse contenant un matériau vitreux, avantageusement comprenant des groupes hydroxy en surface, ou un matériau à base de silice, qui va permettre l'adsorption réversible des acides nucléiques sur le support solide. Advantageously according to the present invention, the DNA and / or RNA concentration unit (3) contains one or more solid support (s), containing a reversible adsorption material for nucleic acids, advantageously a material glassy. The concentration of nucleic acids can thus be carried out for example using a porous absorption column containing a glassy material, advantageously comprising hydroxy groups on the surface, or a silica-based material, which will allow the reversible adsorption of nucleic acids on the solid support.
De manière encore plus avantageuse selon la présente invention, les supports solides sont constitués par des plaques de micro-titration contenant des multi-puits, avantageusement des plaques de 60,96 ou 384 puits, qui eux même contiennent des matériaux adsorbants. Chaque puits correspond alors à une micro-colonne d'adsorption réversible. Even more advantageously according to the present invention, the solid supports are constituted by micro-titration plates containing multi-wells, advantageously plates of 60.96 or 384 wells, which themselves contain adsorbent materials. Each well then corresponds to a reversible adsorption micro-column.
De manière encore plus avantageuse selon la présente invention, les puits des plaques de micro-titration ne sont utilisés qu'une seule fois et sont déplacés automatiquement pour recevoir l'échantillon liquide provenant de l'unité d'ouverture des cellules des organismes. De l'air sous pression peut être injecté pour entraîner le fluide dans les puits. La plaque est référencée par rapport à un système de coordonnées XY, X correspondant à l'axe suivant la largeur de la plaque et Y correspondant à l'axe suivant la longueur de la plaque. Le déplacement automatique de la plaque, et en conséquence celui des puits qui sont fixés sur la plaque, est effectué selon les axes X et Y, par exemple à l'aide du bras d'un robot. Le déplacement automatique peut être actionné par la logique de commande selon la présente invention. Dans un mode de réalisation particulier de la présente invention, le déplacement automatique est réalisé à l'aide d'un robot, qui est commandé à l'aide d'une logique de commande (6), avantageusement constituée par un ou plusieurs ordinateur (s). Avantageusement, le robot a un bras qui peut se déplacer dans l'espace, selon un référentiel XYZ. Even more advantageously according to the present invention, the wells of the micro-titration plates are used only once and are moved automatically to receive the liquid sample coming from the opening unit of the cells of the organisms. Pressurized air can be injected to drive the fluid into the wells. The plate is referenced with respect to an XY coordinate system, X corresponding to the axis along the width of the plate and Y corresponding to the axis along the length of the plate. The automatic displacement of the plate, and consequently that of the wells which are fixed on the plate, is carried out along the X and Y axes, for example using the arm of a robot. The automatic movement can be actuated by the control unit according to the present invention. In a particular embodiment of the present invention, the automatic movement is carried out using a robot, which is controlled using a control logic (6), advantageously constituted by one or more computers ( s). Advantageously, the robot has an arm which can move in space, according to an XYZ frame of reference.
Avantageusement selon la présente invention, les puits des plaques microtitration peuvent être protégés contre l'évaporation par une goutte de fluide ayant une faible densité spécifique ou par un couvercle transparent. Advantageously according to the present invention, the wells of the microtitration plates can be protected against evaporation by a drop of fluid having a low specific density or by a transparent cover.
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Après élution des différents échantillons d'acides nucléiques présents dans les puits utilisés lors de l'adsorption, tous les échantillons liquides sont rassemblés afin de pouvoir procéder aux étapes suivantes d'amplification des acides nucléiques et de détection des organismes pathogènes. After elution of the different nucleic acid samples present in the wells used during the adsorption, all the liquid samples are collected in order to be able to carry out the following steps of amplification of the nucleic acids and detection of pathogenic organisms.
Avantageusement selon la présente invention, l'unité de détection (5) est constituée par un détecteur à fluorescence. Le détecteur à fluorescence comprend avantageusement un module optique tel qu'une caméra électronique qui enregistre les photons issus des fluorophores et qui les convertit en électrons. L'image électronique formée est ensuite transférée vers la logique de commande (6). Advantageously according to the present invention, the detection unit (5) is constituted by a fluorescence detector. The fluorescence detector advantageously comprises an optical module such as an electronic camera which records the photons from the fluorophores and which converts them into electrons. The electronic image formed is then transferred to the control unit (6).
Le fonctionnement du dispositif selon l'invention sera mieux compris à la lecture de la description faite ci-après en référence à la figure 1 annexée qui illustre schématiquement un mode de réalisation particulier de la présente invention. The operation of the device according to the invention will be better understood on reading the description given below with reference to the appended FIG. 1 which schematically illustrates a particular embodiment of the present invention.
Le dispositif de détection selon la présente invention comprend au moins une unité de concentration des organismes pathogènes (1), une unité d'ouverture des cellules des organismes pathogènes (2), une unité de concentration (adsorption puis élution) des acides nucléiques (3), une unité d'amplification des acides nucléiques (4), une unité de détection des acides nucléiques (5), une logique de commande (6) constituée par un ordinateur de type PC qui commande l'ensemble du dispositif, des moyens de pompage (7), un moyen de prélèvement et de distribution automatique (8) constitué par un robot, un système de commande central (9), constitué par au moins un ordinateur, en interface avec un réseau (13) qui permet de transférer les données de la logique de commande (6) au système de commande central (9), une zone de refroidissement (10), un système d'entrée et de sortie de l'échantillon d'eau (11) et une zone (12) pour stocker les réactifs nécessaires aux unités (1), (2), (3), (4) et (5). The detection device according to the present invention comprises at least one unit for concentrating pathogenic organisms (1), one unit for opening cells of pathogenic organisms (2), one unit for concentrating (adsorption then elution) of nucleic acids (3 ), a nucleic acid amplification unit (4), a nucleic acid detection unit (5), a control logic (6) constituted by a PC-type computer which controls the entire device, means of pumping (7), a means of automatic withdrawal and distribution (8) constituted by a robot, a central control system (9), constituted by at least one computer, in interface with a network (13) which makes it possible to transfer the data from the control unit (6) to the central control system (9), a cooling zone (10), a water sample inlet and outlet system (11) and an area (12) to store the reagents necessary for the units (1 ), (2), (3), (4) and (5).
Avantageusement selon la présente invention, l'échantillon contenant les organismes pathogènes circule de l'unité de concentration des organismes pathogènes (1) jusqu'à l'entrée de l'unité d'amplification des acides nucléiques (4), via les unités d'ouverture des cellules (2) et de concentration des acides nucléiques (3), à l'aide de moyens de pompage (7), avantageusement constitués par des tubes équipés de valves et/ou de pompes. Les moyens de pompage (7) constituent ainsi un système fluidique Advantageously according to the present invention, the sample containing the pathogenic organisms circulates from the pathogenic organism concentration unit (1) to the entry of the nucleic acid amplification unit (4), via the units d opening the cells (2) and concentrating the nucleic acids (3), using pumping means (7), advantageously constituted by tubes fitted with valves and / or pumps. The pumping means (7) thus constitute a fluidic system
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permettant de connecter les unités (1), (2), (3) et (4). Les moyens de pompage (7) selon l'invention sont actionnés et contrôlés par la logique de commande (6). allowing to connect the units (1), (2), (3) and (4). The pumping means (7) according to the invention are actuated and controlled by the control logic (6).
Avantageusement selon la présente invention, la manipulation des acides nucléiques, après réalisation de la concentration d'ADN et/ou d'ARN, est effectuée à partir de l'entrée de l'unité d'amplification des acides nucléiques (4) jusqu'à la sortie de l'unité de détection des acides nucléiques (5), à l'aide de moyens de prélèvement et de distribution automatiques (8), avantageusement constitués par un robot. Ainsi, les unités (4) et (5) ne comportent pas de connexion directe entre elles (pas de système fluidique), contrairement aux unités (1) à (4). Les moyens de prélèvement et de distribution automatiques (8) selon l'invention sont actionnés et contrôlés par la logique de commande (6). Advantageously according to the present invention, the manipulation of the nucleic acids, after completion of the DNA and / or RNA concentration, is carried out from the inlet of the nucleic acid amplification unit (4) up to at the outlet of the nucleic acid detection unit (5), using automatic sampling and distribution means (8), advantageously constituted by a robot. Thus, the units (4) and (5) do not have a direct connection between them (no fluidic system), unlike the units (1) to (4). The automatic withdrawal and distribution means (8) according to the invention are actuated and controlled by the control logic (6).
Avantageusement selon la présente invention, la logique de commande (6) est constituée par au moins un ordinateur, par exemple de type PC, qui commande l'ensemble du dispositif et qui reçoit, gère et traite l'ensemble des données d'analyse relatives à la détection des organismes pathogènes. Advantageously according to the present invention, the control logic (6) consists of at least one computer, for example of the PC type, which controls the entire device and which receives, manages and processes all of the relative analysis data. the detection of pathogenic organisms.
Avantageusement, la logique de commande (6) selon la présente invention est en interface avec un réseau pour transférer, de manière automatique ou sur requête, les données d'analyse relatives à la détection des organismes à un système de commande central (9). Advantageously, the control logic (6) according to the present invention is interfaced with a network for transferring, automatically or on request, the analysis data relating to the detection of organisms to a central control system (9).
Avantageusement selon la présente invention, le système de commande central (9) est constitué par au moins un ordinateur. Le système de commande central (9) selon la présente invention peut ainsi recevoir et enregistrer les données acquises, qui sont ensuite analysées, contrôlées et gérées. Advantageously according to the present invention, the central control system (9) consists of at least one computer. The central control system (9) according to the present invention can thus receive and record the acquired data, which are then analyzed, checked and managed.
Avantageusement selon la présente invention, le dispositif contient en outre une zone de refroidissement (10) pour conserver les réactifs sensibles, de préférence un bloc de refroidissement, qui est protégé contre la condensation de la vapeur d'eau. Advantageously according to the present invention, the device further contains a cooling zone (10) for storing the sensitive reagents, preferably a cooling block, which is protected against condensation of water vapor.
Avantageusement selon la présente invention, le dispositif est directement relié au réseau de distribution d'eau potable pour échantillonnage automatique. Le dispositif de détection selon la présente invention permet ainsi de tester de façon entièrement automatisée des échantillons prélevés dans différents réseaux d'eau, notamment celui d'eau potable. Il peut également être réutilisé de nombreuses fois, sans avoir besoin de procéder au changement des différentes unités utilisés. Advantageously according to the present invention, the device is directly connected to the drinking water distribution network for automatic sampling. The detection device according to the present invention thus makes it possible to test in a fully automated manner samples taken from different water networks, in particular that of drinking water. It can also be reused many times, without the need to change the different units used.
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Typiquement, la succession des différentes étapes du procédé de détection selon la présente invention peut être avantageusement mise en oeuvre comme suit : 1. L'unité (1) de concentration des organismes pathogènes est purgée, nettoyée puis remplie d'un volume de 100 ml à 5 litres d'eau, de préférence de 2 à 3 litres d'eau. L'introduction de l'eau dans le réacteur est effectuées à l'aide de valves, dont l'ouverture est actionnée par un ordinateur (6). Typically, the succession of the different stages of the detection method according to the present invention can be advantageously implemented as follows: 1. The unit (1) for the concentration of pathogenic organisms is purged, cleaned and then filled with a volume of 100 ml 5 liters of water, preferably 2 to 3 liters of water. Water is introduced into the reactor using valves, the opening of which is actuated by a computer (6).
2. Divers réactifs, tels que du carbonate de sodium et de l'acétate de calcium, sont ajoutés dans le réacteur par l'intermédiaire de valves et de pompes rotatives, qui sont commandées par l'ordinateur (6). Un précipité d'inclusion est alors formé au fond de la chambre, sur lequel viennent s'adsorber les cellules et les acides nucléiques des organismes pathogènes. 2. Various reagents, such as sodium carbonate and calcium acetate, are added to the reactor via valves and rotary pumps, which are controlled by the computer (6). An inclusion precipitate is then formed at the bottom of the chamber, on which cells and nucleic acids of pathogenic organisms are absorbed.
3. Le liquide surnageant est évacué, par exemple par gravité, à l'aide d'un tube et d'une valve. 3. The supernatant is removed, for example by gravity, using a tube and a valve.
4. Le précipité est dissous à l'aide d'un acide, ajouté dans le réacteur par l'intermédiaire d'une pompe, qui est actionnée par l'ordinateur (6). Un agent tampon est ajouté également de la même manière. 4. The precipitate is dissolved using an acid, added to the reactor via a pump, which is activated by the computer (6). A buffering agent is also added in the same manner.
5. La solution contenant les organismes pathogènes est transférée dans l'unité (2) d'ouverture des cellules des organismes, constituée par un broyeur à perles, par gravité ou à l'aide de l'action d'une pompe commandée par l'ordinateur (6). A ce stade, le volume de solution pénétrant dans le broyeur à perles est de 10 à 100 ml, de préférence de 50 ml. 5. The solution containing the pathogenic organisms is transferred to the unit (2) for opening the cells of the organisms, constituted by a pearl mill, by gravity or by the action of a pump controlled by the 'computer (6). At this stage, the volume of solution entering the pearl mill is 10 to 100 ml, preferably 50 ml.
6. Les cellules sont ouvertes par broyage sur perles agitées, au moyen d'une énergie mécanique, par exemple avec un agitateur à rotation ou à vibration ou une source d'ultrasons. 6. The cells are opened by grinding on agitated pearls, by means of mechanical energy, for example with a rotary or vibrating agitator or a source of ultrasound.
7. Les cellules rompues sont alors transférées, par l'intermédiaire d'une pompe commandée par l'ordinateur (6), dans un réservoir en plastique d'environ 100 ml. 7. The ruptured cells are then transferred, via a computer-controlled pump (6), to a plastic container of approximately 100 ml.
8. Un agent chaotrope et un agent modificateur d'adsorption sont ajoutés par l'intermédiaire de valves et de pompes, commandées par l'ordinateur (6). 8. A chaotropic agent and an adsorption modifying agent are added via valves and pumps, controlled by the computer (6).
9. L'ADN et/ou l'ARN des cellules est ensuite adsorbé sur support solide, avantageusement sur des plaques de micro-titration contenant des puits, lesdits puits 9. The DNA and / or RNA of the cells is then adsorbed on a solid support, advantageously on micro-titration plates containing wells, said wells
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contenant eux mêmes un matériau adsorbant, tel qu'un matériau vitreux. De l'air sous pression peut être injecté pour entraîner le fluide dans les puits et un référentiel XY ou XYZ est utilisé pour manipuler la matrice de colonnes adsorbantes. La manipulation des puits, qui sont chacun des micro-colonnes, peut ainsi être effectuée à l'aide d'un robot actionné par l'ordinateur (6), dont le bras vient déplacer la plaque où se trouvent les puits selon un référentiel XY ou XYZ. themselves containing an adsorbent material, such as a vitreous material. Pressurized air can be injected to drive the fluid into the wells and an XY or XYZ repository is used to manipulate the matrix of adsorbent columns. The manipulation of the wells, which are each of the micro-columns, can thus be carried out using a robot actuated by the computer (6), the arm of which moves the plate where the wells are located according to an XY reference system. or XYZ.
10. Un agent complexant monovalent est alors ajouté par l'intermédiaire de valves et de pompes, commandées par l'ordinateur (6), afin de remplacer les ions bivalents complexés aux acides nucléiques par des ions monovalents. Le complexe acides nucléiques/ions monovalents ainsi formé est alors à ce stade toujours lié aux microcolonnes d'adsorption. 10. A monovalent complexing agent is then added via valves and pumps, controlled by the computer (6), in order to replace the bivalent ions complexed with nucleic acids by monovalent ions. The nucleic acid / monovalent ion complex thus formed is then at this stage always linked to the adsorption microcolumns.
11. Les acides nucléiques sont ensuite élués par ajout d'un tampon, tel que TRIS/EDTA ou de l'eau, à l'aide de pompes rotatives. 11. The nucleic acids are then eluted by adding a buffer, such as TRIS / EDTA or water, using rotary pumps.
12. Les acides nucléiques sont rassemblés dans un tube manipulé par exemple par un robot. A partir de ce stade, toutes les manipulations sont faites à l'aide d'un moyen de prélèvement et de distribution automatiques tel qu'un robot (8). 12. The nucleic acids are collected in a tube manipulated for example by a robot. From this stage, all the manipulations are made using an automatic sampling and distribution means such as a robot (8).
13. Eventuellement, et si cela s'avère nécessaire, le volume total de solution contenant les différents acides nucléiques rassemblés et élués est diminué pour parvenir à des volumes de l'ordre d'une centaine de ni jusqu'à moins de 1 ml, avant de procéder à l'amplification des acides. 13. Optionally, and if necessary, the total volume of solution containing the different nucleic acids collected and eluted is reduced to reach volumes of the order of a hundred ni or less than 1 ml, before amplifying the acids.
14. Les acides nucléiques sont transférés dans un appareil à thermocycle standard, à l'aide du robot (8) et la première amplification est alors réalisée dans l'appareil en ajoutant tout d'abord les réactifs pour procéder à la PCR tels que le tampon de PCR, l'ensemble d'amorces 1, le TAQ, les nucléotides. 14. The nucleic acids are transferred to a standard thermocycle device, using the robot (8) and the first amplification is then carried out in the device by first adding the reagents to carry out the PCR such as the PCR buffer, primer set 1, TAQ, nucleotides.
15. Le mélange d'acides amplifiés une première fois est ensuite séparé dans plusieurs flacons afin d'obtenir une sensibilité maximale vis-à-vis des agents pathogènes que l'on cherche à détecter. 15. The mixture of acids amplified for the first time is then separated into several vials in order to obtain maximum sensitivity vis-à-vis the pathogens that one seeks to detect.
16. Une seconde amplification est alors réalisée dans un second appareil à thennocycle en temps réel, en ajoutant notamment l'ensemble d'amorces 2 (TAQ, nucléotides). Des agents de visualisation et de détection, tels que des agents de fluorescence, sont également ajoutés. Les agents de détection vont ainsi pouvoir venir s'hybrider sur les fragments des germes amplifiés. Toutes les manipulations d'échantillons (transferts, 16. A second amplification is then carried out in a second real-time thermocycle apparatus, in particular by adding the set of primers 2 (TAQ, nucleotides). Visualization and detection agents, such as fluorescent agents, are also added. Detection agents will thus be able to hybridize on the fragments of the amplified germs. All sample handling (transfers,
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ajouts des différents réactifs,...) sont manipulés à l'aide du robot (8) mentionné cidessus. additions of the different reagents, ...) are handled using the robot (8) mentioned above.
17. La fluorescence est contrôlée et détectée in situ lors de la seconde amplification (détection en ligne). 17. The fluorescence is checked and detected in situ during the second amplification (online detection).
18. Les données d'analyse relatives à la détection des organismes pathogènes sont visualisées sur l'ordinateur (6) et transférées à un système de commande central (9). L'ensemble des étapes séquentielles du procédé sont gérées et contrôlées par une logique de commande (6) constituée par un ordinateur. 18. The analysis data relating to the detection of pathogenic organisms are displayed on the computer (6) and transferred to a central control system (9). All the sequential steps of the process are managed and controlled by a control logic (6) constituted by a computer.
Les exemples suivants sont donnés à titre non limitatif et illustrent la présente invention. The following examples are given without limitation and illustrate the present invention.
Exemples de réalisation de l'invention : Exemple 1 : Précipitation par inclusions d'agents pathogènes On recueille tout d'abord un échantillon d'eau, prélevé directement dans le réseau d'alimentation en eau potable, dans l'environnement ou provenant d'un laboratoire ou d'une autre source, dans un réacteur de 2 litres et on le chauffe à 50 C. Examples of embodiment of the invention: Example 1: Precipitation by inclusions of pathogenic agents A water sample is first collected, taken directly from the drinking water supply network, from the environment or from laboratory or other source, in a 2 liter reactor and heated to 50 C.
10 ml de TRIS 1 M (agent tampon) sont d'abord ajoutés pour parvenir à un pH de 8,5 et 25 ml d'acétate de calcium 1M sont ensuite ajoutés. Les deux composés sont alors mélangés rapidement, puis l'opération de mélange est stoppée. 10 ml of TRIS 1 M (buffering agent) are first added to reach a pH of 8.5 and 25 ml of 1M calcium acetate are then added. The two compounds are then mixed quickly, then the mixing operation is stopped.
10 ml de Na2C03 1 M sont ensuite ajoutés et on fait réagir les différents composés pendant 3 minutes. On mélange avec précaution pendant environ 5 secondes, et on ajoute alors 10 ml de Na2C03 puis on fait réagir le milieu réactionnel pendant encore 3 minutes. On mélange doucement mais suffisamment et on fait à nouveau réagir le milieu réactionnel pendant encore 10 minutes. On ajoute 7,5 ml d'acétate de calcium IM et on fait réagir pendant 3 minutes. On mélange avec précaution, on ajoute 10 ml de Na2C03 et on fait encore réagir pendant 5 minutes. 10 ml of 1 M Na2CO3 are then added and the various compounds are reacted for 3 minutes. Mix carefully with about 5 seconds, then add 10 ml of Na2CO3 and then react the reaction medium for another 3 minutes. Gently but sufficiently mixed and the reaction medium is again reacted for another 10 minutes. 7.5 ml of IM calcium acetate are added and the reaction is carried out for 3 minutes. Mix carefully, add 10 ml of Na2CO3 and react further for 5 minutes.
On décante le surnageant en ouvrant une soupape. On dissout le précipité en ajoutant 13 ml d'acide formique à 20 %. On tamponne ensuite le mélange en ajoutant de la base TRIS 2 M pour élever le pH à 7,2. The supernatant is decanted by opening a valve. The precipitate is dissolved by adding 13 ml of 20% formic acid. The mixture is then buffered by adding 2 M TRIS base to raise the pH to 7.2.
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Exemple 2 : Amplification par PCR et détection 2.1 On utilise un appareil à thennocycle avec détection en ligne intégré pour détecter l'amplification de l'ADN spécifique, tel que l'appareil LightCycler commercialisé par la société Roche Molecular Biochemicals. 32 échantillons sont manipulés en parallèle, et 40 cycles d'amplification sont effectués à haute température (de 75 C à 100 C), les 40 cycles durant environ 45 minutes. L'amplification et la détection se déroulent dans des capillaires. Le seuil de détection est d'environ 1 organisme pathogène. Example 2: PCR Amplification and Detection 2.1 A thermocycle apparatus with integrated online detection is used to detect the amplification of the specific DNA, such as the LightCycler apparatus marketed by the company Roche Molecular Biochemicals. 32 samples are handled in parallel, and 40 amplification cycles are carried out at high temperature (from 75 C to 100 C), the 40 cycles lasting approximately 45 minutes. Amplification and detection take place in capillaries. The detection threshold is around 1 pathogenic organism.
2.2 Comme alternative, on peut également utiliser le système de détection ABI prisme 7700, commercialisé par la société PE Biosystems, traitant 96 échantillons en parallèle (deux heures), pendant 40 cycles pour la détection de plus de 10 échantillons dans un flacon, durant environ 2,5 heures. 2.2 As an alternative, it is also possible to use the ABI prism 7700 detection system, sold by the company PE Biosystems, processing 96 samples in parallel (two hours), during 40 cycles for the detection of more than 10 samples in a vial, lasting approximately 2.5 hours.
On obtient ainsi des sensibilités de l'ordre de quelques femtogrammes d'ADN/ARN total (ce qui équivaut à une cellule isolée). Le seuil de détection est d'environ 1 organisme pathogène. Sensitivities of the order of a few femtograms of total DNA / RNA are thus obtained (which is equivalent to an isolated cell). The detection threshold is around 1 pathogenic organism.
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