La logique combinatoire des protéines

Des physiciens théoriques britanniques ont prouvé qu'il devrait être possible d'employer des groupements de protéines pour effectuer des opérations complexes de logique. Leurs travaux pourraient également améliorer la compréhension des scientifiques sur le fonctionnement de la "commutation" des protéines.

Le rôle principal de beaucoup de protéines est de transmettre et traiter l'information dans les cellules vivantes. Ces processus impliquent d'autres molécules appelées ligands de normalisation qui sont liés à des emplacements spécifiques à la surface de la protéine. On sait depuis près de 50 ans qu'une protéine typique peut commuter entre un état inactif et un état actif lorsque la concentration en ligand change. Ces états pourraient être employés pour représenter le "0" et le "1" de la logique binaire. Cependant les protéines ne sont pas de véritables portes logique parce qu'une forte variation de cette concentration est nécessaire pour commuter d'un état à un autre.

Ian Graham et Thomas Duke de l'Université de Cambridge ont montré comment, en théorie, certaines protéines peuvent utiliser simultanément deux ligands différents pour exécuter toutes les fonctions élémentaires de la logique combinatoire telles que les fonctions ET, OU, XOR et NXOR. Ces protéines peuvent agir en tant qu'éléments logiques parce que leur réponse dépend de deux entrées, les concentrations en ligands. De plus, lorsque des protéines se regroupent, leur réponse est encore accrue. Ces regroupements peuvent ainsi agir en tant que portes logiques dont l'activité peut être brusquement commutée d'un état pleinement actif à un état pleinement inactif lorsque les concentrations des ligands franchissent certains seuils.

Graham et Duke citent les bactéries E. Coli comme exemple. Différents types de protéines réceptrices et de ligands, tels que le glucose et le lactose sont capables de produire une réponse bien définie. Les bactéries contenant des protéines fluorescentes génétiquement modifiées, on peut détecter facilement la commutation en observant les bactéries "s'allumer" au fur et à mesure de l'augmentation de la concentration en ligands.

"Le point intéressant est la propriété de commutation du groupement récepteur", indique Graham. "Auparavant, toutes les expériences avait été effectuées sur des populations de cellules, aussi les marges d'erreur dans les expériences masquaient cet effet: les protéines réceptrices agissent en tant que commutateur ultrasensible à trois états, 'Nul' en l'absence de stimulation, 'On' lorsque la concentration de ligand augmente et 'Off' lorsqu'elle diminue".