Câblage de l'ADN

En connectant l'ADN entre deux nanotubes de carbone, les chercheurs ont mesuré la capacité de la molécule à conduire l'électricité. L'introduction d'un seul changement de lettre peut considérablement modifier la résistance de l'ADN, ont découvert les chercheurs, un phénomène qu'ils prévoient d'exploiter avec un appareil capable de dépister rapidement l'ADN à la recherche de mutations liées à la maladie.

Câblé à chaud : En plaçant un segment d'ADN double brin dans une brèche d'un nanotube de carbone à paroi simple, les chercheurs ont mesuré les propriétés électriques de la molécule biologique. Étant donné que même une seule incompatibilité dans les lettres de l'ADN affecte la conductivité du segment, le système pourrait éventuellement servir de base à des capteurs chimiques pour détecter les mutations de l'ADN.

La mesure des propriétés électriques de l'ADN s'est avérée délicate car la molécule et ses attaches aux électrodes ont tendance à être très fragiles. Mais dans la nouvelle étude, Colin Nuckoll , professeur de chimie à l'Université Columbia, à New York, s'est associé à Jacqueline Barton , professeur de chimie à Caltech, à Pasadena, en Californie, qui est un expert en transport de charge d'ADN. Le groupe de Nuckolls avait précédemment développé une méthode pour connecter en toute sécurité des molécules biologiques à des nanotubes de carbone à paroi unique, qui agissent comme les électrodes dans un circuit minuscule.

Les chercheurs ont utilisé un processus de gravure pour trancher un espace dans un nanotube de carbone ; ils ont créé un groupe acide carboxylique sur le nanotube à chaque extrémité de l'espace. Ils ont ensuite fait réagir ces groupes avec des brins d'ADN dont les extrémités avaient été marquées avec des groupes amine, créant des liens amides chimiques résistants qui lient ensemble les nanotubes et l'ADN. Les liaisons amides sont suffisamment robustes pour résister à d'énormes champs électriques.

L'équipe a estimé que des brins d'ADN d'environ 15 paires de bases (environ 6 nanomètres) de longueur avaient une résistance à peu près équivalente à celle d'un morceau de graphite de taille similaire. C'est une découverte à laquelle les chercheurs auraient pu s'attendre puisque les paires de bases chimiques qui constituent l'ADN créent un empilement de cycles aromatiques similaires à ceux du graphite.

À mon avis, les résultats de ce travail survivront, contrairement à de nombreuses autres publications sur ce sujet, dit le chimiste Bernd Giese , de l'Université de Bâle, Suisse. Les estimations précédentes de la conductivité de l'ADN ont considérablement varié, dit Giese, en partie parce qu'il n'était pas clair si l'ADN délicat ou sa connexion aux électrodes avait été endommagé par les hautes tensions utilisées. On pense avoir brûlé l'ADN en charbon de bois, dit Giese. C'est extrêmement compliqué expérimentalement.

Barton et Nuckolls ont effectué deux tours avec leur ADN câblé. Pour leur premier, ils ont introduit une enzyme de restriction qui liait et coupait l'ADN à une séquence spécifique. Une fois coupé, le courant traversant l'ADN a disparu. C'est une façon biochimique de faire sauter un fusible, dit Nuckolls. Il démontre également que l'ADN conserve sa structure native dans le circuit ; s'il ne l'avait pas fait, l'enzyme ne reconnaîtrait pas et ne couperait pas la molécule.

Pour leur deuxième astuce, les chercheurs ont introduit une seule mésappariement de paires de bases dans l'ADN de sorte que, par exemple, un C a été associé à un A (plutôt que son partenaire normal, G). Cette modification a multiplié par 300 la résistance de la molécule, probablement parce qu'elle déforme la structure en double hélice. Ils pourraient le faire facilement en connectant un seul des deux brins d'ADN dans le circuit. Le deuxième brin - qui peut correspondre parfaitement au premier ou contenir un décalage - peut être activé ou désactivé.

Montrer l'effet électrique d'un tel décalage de séquence et d'une coupure enzymatique est la vraie force des expériences, dit Danny Porath , de l'Université hébraïque de Jérusalem, en Israël, qui a également mesuré le courant à travers l'ADN. Ils jouent avec les paramètres et montrent que la conductivité de l'ADN en dépend clairement, et c'est beau, dit-il.

Nuckolls travaille maintenant à exploiter cette découverte pour détecter les polymorphismes nucléotidiques simples (SNP), les variations d'une lettre de l'ADN qui sont liées, par exemple, à la susceptibilité à la maladie d'Alzheimer, au diabète et à de nombreuses autres maladies majeures. Nuckolls espère que sa méthode pourra être utilisée pour identifier les SNP plus rapidement et avec une plus grande sensibilité que les méthodes existantes. Dans un tel dispositif, un brin d'ADN de référence est câblé dans le circuit et d'autres brins sont autorisés à s'apparier avec lui. Si le deuxième brin porte une base différente à la position du SNP, cela suffirait à déclencher une modification du courant à travers un circuit à l'échelle nanométrique, tout comme l'a fait la non-concordance des paires de bases. Nuckolls dit qu'il travaille déjà avec des ingénieurs électriciens pour créer un capteur qui peut s'insérer dans des puces semi-conductrices existantes, le rendant bon marché et facilement disponible. C'est l'un de nos grands objectifs, et nous sommes assez proches, dit-il.

L'équipe est susceptible d'avoir de la concurrence. À la fin de l'année dernière, un groupe dirigé par Wonbong Choi , de la Florida International University, à Miami, a rapporté qu'il avait enfilé 80 paires de bases d'ADN entre deux nanotubes de carbone et envoyé du courant à travers l'ADN. Choi dit qu'il travaille à la création d'un capteur capable de révéler rapidement la présence de séquences génétiques spécifiques, telles que le virus de la grippe aviaire, en examinant les changements de courant dans le petit circuit.

Barton, quant à lui, a l'intention de découvrir si la conductivité de l'ADN sert à quelque fin biologique que ce soit dans la cellule. Elle a des preuves que les protéines liées à l'ADN peuvent détecter des dommages à l'ADN en modifiant ses propriétés électriques, déclenchant peut-être la réparation des dommages. Nous pensons que c'est quelque chose dont la nature profite, dit-elle. C'est une idée radicale, mais je pense qu'au fur et à mesure que nous aurons de plus en plus de preuves, le dossier sera construit.

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