Des chimistes utilisent l'ADN pour construire la plus petite antenne du monde

Publié par Adrien le 08/01/2022 à 09:00
Source: Université de Montréal
Des chercheurs de l'Université de Montréal ont créé une nanoantenne à base d'ADN pour surveiller les mouvements des protéines. Décrit cette semaine dans la revue Nature Methods, le dispositif constitue une nouvelle méthode pour suivre les changements structurels des protéines au fil du temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le...) - et pourrait aider les scientifiques à mieux comprendre les nanotechnologies naturelles et de conception humaine.


Comme une radio bidirectionnelle qui peut à la fois recevoir et émettre des ondes radio, la nanoantenne fluorescente conçue par Alexis Vallée-Bélisle et son équipe reçoit de la lumière d'une couleur (La couleur est la perception subjective qu'a l'œil d'une ou plusieurs fréquences d'ondes...) et, en fonction du mouvement de la protéine (Une protéine est une macromolécule biologique composée par une ou plusieurs...) qu'elle repère, elle renvoie de la lumière d'une autre couleur, que les scientifiques peuvent distinguer. L'une des principales innovations de ces nanoantennes est que la partie réceptrice de l'antenne (En radioélectricité, une antenne est un dispositif permettant de rayonner (émetteur) ou de...) (vert vif) est également utilisée pour détecter la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a...) moléculaire de la protéine étudiée par une interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein...) moléculaire. Crédit: Caitlin Monney

"Les résultats sont si emballants que nous travaillons actuellement à mettre sur pied une entreprise afin de commercialiser cette nanoantenne et de la rendre accessible au plus grand nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre...) de chercheurs possible", explique Alexis Vallée-Bélisle, professeur de chimie (La chimie est une science de la nature divisée en plusieurs spécialités, à...) à l'UdeM et auteur principal de l'étude.

Il y a plus de 40 ans, les chercheurs ont inventé le premier synthétiseur d'ADN pour concevoir des molécules qui codent l'information génétique (La génétique (du grec genno γεννώ = donner naissance) est...): "Ces dernières années, les chimistes ont réalisé que l'ADN pouvait également être utilisé pour construire une variété de nanostructures et de nanomachines", ajoute le chercheur (Un chercheur (fem. chercheuse) désigne une personne dont le métier consiste à faire de la...), qui est aussi titulaire de la Chaire de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue...) du Canada en bio-ingénierie et bionanotechnologie.

"Inspirés par les propriétés de type “LEGO” de l'ADN, dont les blocs de construction sont généralement 20 000 fois plus petits qu'un cheveu humain, nous avons créé une nanoantenne fluorescente fabriquée avec de l'ADN qui peut aider à définir avec précision la fonction des protéines."

Une antenne qui fonctionne comme une radio bidirectionnelle


Alexis Vallée-Bélisle Crédit: Amélie Philibert
Comme une radio bidirectionnelle qui peut à la fois recevoir et émettre des ondes radio, la nanoantenne fluorescente reçoit la lumière sous la forme d'une couleur ou longueur (La longueur d’un objet est la distance entre ses deux extrémités les plus...) d'onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible...) et, selon le mouvement de la protéine qu'elle détecte, elle renvoie la lumière dans une autre couleur, que les chercheurs peuvent distinguer.

L'une des principales innovations de ces nanoantennes est que la partie réceptrice de l'antenne est également utilisée pour repérer la surface moléculaire de la protéine étudiée par une interaction moléculaire.

"L'un des principaux avantages de l'utilisation de l'ADN pour concevoir ces nanoantennes est que la chimie de l'ADN est relativement simple et programmable", souligne Scott Harroun, doctorant (Un doctorant est un chercheur débutant s'engageant, sous la supervision d'un directeur de...) en chimie à l'UdeM et premier auteur de l'étude.

"Les nanoantennes à base d'ADN peuvent être synthétisées avec différentes longueurs et flexibilités pour optimiser leur efficacité, poursuit-il. On peut facilement attacher une molécule (Une molécule est un assemblage chimique électriquement neutre d'au moins deux atomes, qui...) fluorescente à l'ADN, puis fixer cette nanoantenne fluorescente à une nanomachine (Les nanomachines sont de minuscules machines théoriques. Leur taille est de l'ordre du nanomètre.) biologique, comme une enzyme (Une enzyme est une molécule (protéine ou ARN dans le cas des ribozymes) permettant...) [qui est une sorte de catalyseur (En chimie, un catalyseur est une substance qui augmente la vitesse d'une réaction chimique ;...) à l'échelle nanométrique]."

En réglant soigneusement les paramètres de la conception de la nanoantenne, l'équipe d'Alexis Vallée-Bélisle a créé une antenne de cinq nanomètres de long qui produit un signal ( Termes généraux Un signal est un message simplifié et généralement codé. Il existe...) distinct lorsque la protéine remplit sa fonction biologique.

Les nanoantennes fluorescentes ouvrent de nombreuses voies passionnantes en biochimie (La biochimie est la discipline scientifique qui étudie les réactions chimiques ayant lieu...) et en nanotechnologie (Les nanosciences et nanotechnologies (NST) peuvent être définies a minima comme l'ensemble des...), estiment les scientifiques: "Par exemple, nous avons pu détecter, en temps réel et pour la première fois, la fonction de l'enzyme phosphatase alcaline avec une variété de molécules biologiques et de médicaments, illustre Scott Harroun. Cette enzyme est associée à de nombreuses maladies, notamment plusieurs cancers et des inflammations intestinales."

"En plus de nous aider à comprendre comment les nanomachines naturelles fonctionnent ou pourquoi elles fonctionnent mal, entraînant ainsi des maladies, cette nouvelle méthode pourrait favoriser la découverte de nouveaux médicaments prometteurs et guider les nano-ingénieurs dans la mise au point (Graphie) de nanomachines améliorées", précise Dominic Lauzon, coauteur de l'étude et doctorant en chimie à l'UdeM.

"Ce qui nous enthousiasme le plus, c'est de réaliser que de nombreux laboratoires dans le monde (Le mot monde peut désigner :), équipés de spectrofluoromètres classiques, pourraient facilement utiliser ces nanoantennes", conclut le professeur Vallée-Bélisle.
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