La membrane filtrante rend les virus inoffensifs

Les virus peuvent se propager non seulement par des gouttelettes ou des aérosols comme le nouveau coronavirus, mais aussi dans l'eau. En fait, certains agents pathogènes potentiellement dangereux des maladies gastro-intestinales sont des virus transmis par l'eau.

Jusqu'à présent, ces virus ont été éliminés de l'eau par nanofiltration ou osmose inverse, mais à un coût élevé et avec un impact important sur l'environnement. Par exemple, les nanofiltres pour les virus sont fabriqués à partir de matières premières dérivées du pétrole, tandis que l'osmose inverse nécessite une quantité relativement importante d'énergie.

Mise au point d'une membrane respectueuse de l'environnement

Aujourd'hui, une équipe internationale de chercheuses et chercheurs dirigée par Raffaele Mezzenga, professeur en alimentation et matériaux mous à l'ETH Zurich, a mis au point une nouvelle membrane de filtration de l'eau à la fois très efficace et respectueuse de l'environnement. Pour la fabriquer, les scientifiques ont utilisé des matières premières naturelles.

La membrane filtrante fonctionne sur le même principe que celui que Raffaele Mezzenga et ses collègues ont mis au point pour éliminer les métaux lourds ou précieux de l'eau. Ils créent la membrane en utilisant des protéines de lactosérum dénaturées qui s'assemblent en de minuscules filaments appelés fibrilles amyloïdes. Dans ce cas, les scientifiques ont combiné cet échafaudage de fibrilles avec des nanoparticules d'hydroxyde de fer (Fe-O-HO).

La fabrication de la membrane est relativement simple. Pour produire les fibrilles, des protéines de lactosérum issues de la transformation du lait sont ajoutées à un acide et chauffées à 90 degrés Celsius. Les protéines s'étendent alors et s'attachent les unes aux autres, formant des fibrilles. Les nanoparticules peuvent être produites dans le même récipient de réaction que les fibrilles : l'équipe de recherche augmente le pH et ajoutent un sel de fer, ce qui entraîne la «désintégration» du mélange en nanoparticules d'hydroxyde de fer, qui se fixent aux fibrilles amyloïdes. Pour cette application, le professeur Mezzenga et ses collègues ont utilisé de la cellulose pour soutenir la membrane.

Cette combinaison de fibrilles amyloïdes et de nanoparticules d'hydroxyde de fer fait de la membrane un piège très efficace et performant pour les différents virus présents dans l'eau. L'oxyde de fer, chargé positivement, attire électrostatiquement les virus chargés négativement et les inactive. Les fibrilles amyloïdes seules n'y parviendraient pas car, comme les particules virales, elles sont également chargées négativement à pH neutre. Cependant, les fibrilles constituent la matrice idéale pour les nanoparticules d'oxyde de fer.

Élimination très efficace de divers virus

La membrane élimine un large éventail de virus transmis par l'eau, notamment les adénovirus non enveloppés, les rétrovirus et les entérovirus. Ce dernier groupe peut provoquer de dangereuses infections gastro-intestinales, qui tuent chaque année environ un demi-million de personnes, souvent de jeunes enfants dans les pays en développement et émergents. Les entérovirus sont extrêmement coriaces et résistants aux acides et restent très longtemps dans l'eau. La membrane filtrante devrait donc être particulièrement intéressante pour les pays pauvres comme moyen de prévenir ces infections.

En outre, la membrane élimine également les virus de la grippe H1N1 et même le nouveau virus SARS-CoV-2 de l'eau avec une grande efficacité. Dans les échantillons filtrés, la concentration de ces deux virus était inférieure au seuil de détection, ce qui équivaut à une élimination presque complète de ces agents pathogènes.

«Nous sommes conscients que le nouveau coronavirus est principalement transmis par des gouttelettes et des aérosols, mais en fait, même à cette échelle, le virus a besoin d'être entouré d'eau. Le fait que nous puissions l'éliminer très efficacement de l'eau souligne de manière impressionnante la large applicabilité de notre membrane», note Raffaele Mezzenga.

Si la membrane est principalement conçue pour être utilisée dans les stations d'épuration des eaux usées ou pour le traitement de l'eau potable, elle pourrait également être utilisée dans les systèmes de filtration de l'air ou même dans les masques. Étant donné qu'elle se compose exclusivement de matériaux écologiques, elle pourrait simplement être compostée après usage – et sa production nécessite un minimum d'énergie. Ces caractéristiques lui confèrent une excellente empreinte environnementale, comme le soulignent également l'équipe de recherche dans leur étude. La filtration étant passive, elle ne nécessite aucune énergie supplémentaire, ce qui rend son fonctionnement neutre en carbone et son utilisation possible dans n'importe quel contexte social, des communautés urbaines aux communautés rurales.

Outre le laboratoire de Mezzenga, des scientifiques de plusieurs universités suisses ont participé à ces travaux, notamment des spécialistes des virus des universités de Zurich, Lausanne et Genève, de l'EPFL, de l'université de Cagliari et de la spin-off de l'ETH Zurich BluAct , qui détient le brevet de cette nouvelle technologie.