Blocs de construction d'ADN

Pendant des années, certains chercheurs ont suggéré que l'ADN pourrait être utilisé pour créer des structures complexes d'auto-assemblage et même des machines à l'échelle nanométrique. En effet, des formes simples, comme des cubes, et des appareils simples, comme des pincettes, faits d'ADN ont déjà vu le jour. Mais les sceptiques se sont demandé si l'ADN avait la stabilité nécessaire pour des appareils plus sophistiqués.

Maintenant, des chercheurs de l'Université d'Oxford ont développé des blocs de construction rigides à partir d'ADN qui peuvent être conçus pour s'auto-assembler en structures plus complexes. Ces blocs, en forme de pyramide, ont déjà démontré leur utilité en permettant les premières mesures de la quantité de force que l'ADN peut supporter sans flamber, selon les chercheurs.

Andrew Turberfield, professeur de physique à Oxford et chercheur impliqué dans le travail, dit que c'est l'un des très rares exemples d'utilisation d'une nanostructure d'ADN pour vous permettre de faire quelque chose que vous ne pouviez pas faire auparavant. Ce n'est pas seulement joli, c'est en fait utile.

Les nouvelles mesures montrent que l'ADN est un matériau relativement solide, explique Chris Dwyer, professeur de génie électrique et informatique à l'Université Duke, qui travaille également sur l'auto-assemblage de l'ADN. Cela renforce l'argument selon lequel nous pourrons utiliser l'auto-assemblage d'ADN pour des structures plus complexes.

L'ADN est un matériau attrayant pour les dispositifs auto-assemblés car sa séquence de bases, qui dans le corps sert de code génétique, peut être programmée. En peaufinant ce code, les chercheurs sont en mesure de déterminer comment les brins se combinent lorsqu'ils sont ajoutés à une solution.

Dans les travaux d'Oxford, quatre brins d'ADN ont servi de base aux pyramides. Chaque brin forme une face triangulaire. Les bords de ces triangles ont des séquences de pièces de puzzle ouvertes qui se lient à un autre bord d'un triangle. Lorsque ces bords se rencontrent, les triangles se replient en forme de pyramide. En mélangeant simplement le bon nombre de brins différents, les chercheurs ont construit des milliards de pyramides – et en quelques secondes seulement.

Ces structures simples peuvent s'avérer utiles en tant que conteneurs, peut-être pour l'administration de médicaments dans le corps. Mais ce sont aussi des structures rigides qui pourraient être le point de départ de nombreuses autres structures plus complexes. Pour assembler ces éléments constitutifs en structures plus complexes, les chercheurs d'Oxford se sont à nouveau tournés vers l'ADN. Ils ont incorporé des brins lâches dans les structures avec des séquences conçues pour se lier aux brins lâches des pyramides voisines.

Jusqu'à présent, ils n'ont utilisé cette technique que pour former des paires de pyramides. Mais ils disent qu'il devrait être possible d'en connecter beaucoup plus ensemble. En variant les séquences utilisées et l'endroit où elles sont placées dans les pyramides, comme sur les bords ou les points, les chercheurs disent que leurs pyramides pourraient s'auto-assembler en une variété de formes. Ils espèrent que l'ADN pourra facilement servir d'échafaudage pour organiser d'autres matériaux.

C'est un excellent moyen de présenter une architecture avec une précision essentiellement atomique, dit Turberfield, mais pour créer une sorte de dispositif moléculaire utile, vous voudrez presque certainement lier d'autres choses, par exemple, des composants électroniques moléculaires, à des échafaudages comme ceci pour faire un appareil complet. De tels composants pourraient inclure des nanofils, ce qui pourrait conduire à des circuits tridimensionnels, peut-être pour des ordinateurs denses et puissants. Ils pourraient également incorporer des molécules biologiques pour détecter ou des produits chimiques fluorescents pour des applications d'imagerie.

Le plus grand avantage de ces pyramides peut en fait être leur manque initial de complexité. Patrick Doyle, professeur de génie chimique au MIT qui étudie la dynamique de l'ADN, affirme que le design est plutôt élégant.

Dans le passé, les structures d'ADN tridimensionnelles étaient construites avec une série d'étapes minutieuses, et finalement produites peu de copies. Ces pyramides, cependant, qui sont formées à l'aide du chauffage, puis du refroidissement des brins d'ADN, ne prennent qu'une seule étape pour s'assembler et produisent des rendements beaucoup plus élevés.

L'une des vertus de cette structure est l'extrême simplicité et le rendement et la vitesse de synthèse très élevés, explique Turberfield. Si vous voulez un bloc de construction avec lequel faire beaucoup d'autres choses, vous ne voulez pas travailler dur sur la construction du bloc de construction - vous voulez que ce soit facile. Ensuite, vous pouvez continuer à faire les choses les plus difficiles, en les reliant plus tard.

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