Le criblage microfluidique à haut débit par absorbance, utilisant des microgouttelettes aqueuses ultrafines est à l’avant-garde de l’ingénierie enzymatique. Toutefois, à l’échelle micrométrique, la faible absorption de la lumière et la diffusion en surface des gouttelettes limitent fortement la sensibilité de détection. Pour compenser, il est souvent nécessaire d’utiliser des gouttes de plus grande taille ou d’allonger les temps d’acquisition limitant le débit à moins de 1 kHz. Face à ces verrous technologiques, une équipe de chercheurs du CRPP (Centre de Recherche Paul Pascal, CNRS/Université de Bordeaux) s’est penchée sur ces défis et a mis au point une solution innovante : associer un système de détection confocale à un contrôle microfluidique de haute précision des gouttelettes qui permet ainsi de dépasser les limites des systèmes actuels de criblage à haut débit par absorbance. Publiés dans la revue Advanced Science, leurs résultats ouvrent de nouvelles perspectives pour l’évolution dirigée par microfluidique et pour d’autres applications biochimiques à très haut débit.

Les enzymes sont des catalyseurs essentiels dans les processus biologiques et industriels mais leurs performances naturelles, façonnées par des milliards d’années d’évolution, ne correspondent que rarement aux besoins spécifiques des laboratoires ou des industriels. L’évolution dirigée pallie cette limite en reproduisant, à petite échelle, ce processus évolutif: des enzymes sont soumises à des cycles itératifs de mutations et de sélection afin d’obtenir des variants optimisés qui répondent aux exigences définies par l’utilisateur. Le principal défi est d’identifier des variants cibles au sein de librairies pouvant contenir des millions de séquences. Les méthodes de criblage conventionnelles qui reposent sur des changements de couleur ou de fluorescence dans des plaques d’agar ou microplaques sont trop lentes pour des bibliothèques aussi volumineuses. La microfluidique apporte une solution en confinant les réactions dans des gouttelettes d’eau dans l’huile de l’ordre du picolitre, permettant un criblage environ deux fois plus rapide que les approches conventionnelles. Si la plupart des études basées sur les gouttelettes ont jusqu’à présent utilisés des lectures par fluorescence, il est important de noter que de nombreuses enzymes d’intérêt ne disposent pas de tests de fluorescence adaptés. La détection par absorption s’avère compatible avec un large éventail de tests chromogéniques offrant ainsi une alternative intéressante. Néanmoins, cette méthode est limitée par la présence d’artefacts de diffusion de lumière et par un criblage relativement lent.

L’équipe du CRPP a repoussé ces limites en développant un système innovant de tri par absorption activé des gouttelettes (cAADS) combinant détection confocale et tri actif. Cette plateforme réalise des mesures d’absorbance d’une sensibilité inédite à un débit ultra-élevé de 5,4 kHz, soit une vitesse 3,6 fois supérieure aux meilleures approches de criblage par absorbance existantes, avec des gouttelettes aussi petites que 10 pL. Avec des gouttelettes de 50 pL, ils ont démontré un tri diélectrophorétique à des fréquences atteignant 2,6 kHz avec des performances comparables aux systèmes de référence basés sur la fluorescence. L’équipe a validé son approche en enrichissant les variants actifs de la bilirubine oxydase avec une efficacité de tri de 99 % et en criblant la glucose oxydase, démontrant ainsi la polyvalence du système. Ces résultats positionnent le cAADS comme un nouvel outil puissant pour le criblage microfluidique par absorbance ouvrant de nouvelles perspectives pour l’ingénierie enzymatique et d’autres applications biochimiques à haut débit.

Reference

Abdi Mirgissa Kaba, Sébastien Gounel, Thomas Beneyton, Lionel Buisson, Jean-Christophe Baret, and Nicolas Mano.

Confocal Absorbance-Activated Droplet Sorting (cAADS) for Enzyme Engineering Adv. Sci. 2025   https://doi.org/10.1002/advs.202505324