Nanoconstruction avec ADN courbe

La nanotechnologie de l'ADN utilise les propriétés physiques uniques des molécules d'ADN pour concevoir et créer des structures à l'échelle nanométrique, dans l'espoir de créer un jour de minuscules machines qui fonctionnent ensemble comme les parties d'une cellule. Mais l'un des défis du domaine est de trouver des moyens de concevoir et de fabriquer des structures d'ADN avec une grande précision. Une étude récente publiée dans La science marque une percée dans la capacité des chercheurs à façonner l'ADN ; il décrit un moyen de construire des formes d'ADN tridimensionnelles avec des torsions et des courbes élaborées avec une précision sans précédent, développée par des scientifiques de Harvard et de l'Université technique de Munich en Allemagne.

Pignon fixe : Une nouvelle méthode de conception de formes tridimensionnelles à partir de l'ADN permet de créer des pièces courbes, dont cet engrenage nanométrique à douze dents.

Hao Yan , professeur de biochimie à l'Arizona State University qui n'a pas participé à l'étude, affirme que le travail ajoute un niveau clé de contrôle sur les méthodes précédentes. Je pense qu'on peut dire qu'il est possible de créer n'importe quel type d'architecture en utilisant l'ADN, dit-il.

Un avantage clé de l'utilisation de l'ADN comme matériau de construction est qu'il est programmable. Les molécules d'ADN sont constituées de chaînes de bases nucléotidiques liées de quatre types : A, T, G et C. Ces bases collent aux bases d'un autre brin d'ADN suivant une règle simple : A s'apparie avec T et C s'apparie avec G. En créant Des séquences d'ADN avec des bases complémentaires sur des brins différents, il est donc possible de concevoir des molécules d'ADN qui s'auto-assemblent en certaines formes selon des règles prévisibles.

Des travaux antérieurs utilisaient une méthode appelée ADN origami pour concevoir des formes bidimensionnelles à partir de l'ADN ; d'autres études se sont appuyées sur cette approche pour créer des formes en trois dimensions. L'origami ADN utilise un très long brin d'ADN, appelé échafaudage, et des centaines de brins plus courts, appelés agrafes. Les agrafes se lient à l'échafaudage à certains endroits en fonction de leur séquence, pinçant l'échafaudage et le forçant à se replier plusieurs fois pour créer une feuille d'une forme particulière.

le La science L'étude étend les travaux de la même équipe de chercheurs, en adaptant la méthode de l'origami ADN pour créer des formes tridimensionnelles plus complexes. Auparavant, l'équipe avait conçu l'ADN pour former des hélices regroupées par des brins d'agrafes réticulés dans un réseau en nid d'abeille. Dans la présente étude, les chercheurs ont introduit des courbures et des torsions dans ces formes en ajoutant ou en supprimant des bases à certains points de l'échafaudage, en modifiant les forces locales que les hélices exercent les unes sur les autres et en forçant l'ensemble de la structure à se courber vers la droite ou vers la gauche. Ils ont découvert qu'ils pouvaient contrôler le degré de courbure avec une grande précision, en réalisant des virages serrés similaires à ceux de l'ADN étroitement enroulé trouvé dans les cellules.

Les chercheurs ont créé des objets, notamment des engrenages à l'échelle nanométrique, une capsule filaire en forme de ballon de plage et des triangles aux côtés concaves ou convexes. Shawn Douglas , co-auteur de l'Université Harvard, a développé un programme de conception assistée par ordinateur accessible au public qui peut servir d'interface visuelle pour la conception des formes d'ADN.

Molécules pliables : Un faisceau d'hélices d'ADN (rangée du haut) peut être plié à des angles précis (les autres rangées) en introduisant ou en supprimant des paires de bases dans la séquence d'ADN.

William Shih , co-auteur de l'étude et professeur adjoint de chimie biologique et de pharmacologie moléculaire à la Harvard Medical School, affirme que la capacité de créer des structures courbes ajoute un élément important à la boîte à outils des nanosciences de l'ADN. Il souligne que les objets comme les anneaux, les ressorts et les engrenages sont importants pour les machines à l'échelle macroscopique, tandis que les cellules contiennent également des éléments avec des parties incurvées, suggérant que ces propriétés sont importantes à l'échelle nanométrique. Si nous n'avions pas cette capacité de construction générale, nous serions handicapés dans notre capacité à construire des appareils utiles, dit-il.

Chengde Mao , professeur agrégé en chimie analytique à l'Université Purdue, qualifie la réalisation de surprenante et dit que son propre laboratoire a tenté de créer des structures similaires et a échoué. Il dit non seulement que le travail montre que l'ADN peut être tordu et plié à des degrés extrêmes, mais que l'une des bonnes choses est que c'est une courbe vraiment lisse, alors que d'autres tentatives ont abouti à des formes pixelisées.

Les applications pratiques de la technique ne sont pas encore claires, mais les possibilités sont nombreuses. Étant donné que les formes d'ADN décrites dans le La science papier ont la taille d'un virus moyen, Shih dit qu'ils pourraient peut-être être conçus pour entrer dans une cellule comme un virus afin de libérer un médicament. Des parties d'ADN pourraient également être utilisées pour concevoir de l'électronique moléculaire, qui pourrait un jour offrir un nouveau niveau de miniaturisation pour des ordinateurs plus rapides.

Yan dit que l'étude ajoute aux capacités impressionnantes de l'ADN, mais ajoute que les scientifiques doivent étudier ces structures plus avant pour voir à quel point elles sont stables et à quel point elles résistent dans le temps.

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