Une grande équipe de chercheurs de l’Université de Washington, en collaboration avec des collègues de l’Université de Montpellier et du Fred Hutchinson Cancer Research Center, a franchi une étape majeure vers la création d’une nanomachine à axe-rotor. Dans leur article publié dans la revue Sciencele groupe décrit comment ils ont utilisé le codage ADN pour personnaliser E. coli afin de les pousser à créer des protéines qui se sont assemblées en rotors et essieux.
Comme le notent les chercheurs, les moteurs moléculaires sont abondants dans la nature, des queues de flagelle sur certaines bactéries au moteur F1 de l’ATPase. Et bien que de tels exemples aient servi de bons modèles, les tentatives de les exploiter dans la nature ou d’en créer de nouveaux en laboratoire ont été pour la plupart infructueuses. Cela est dû aux caractéristiques à but unique des moteurs naturels et à l’imprévisibilité du repliement des protéines dans les tentatives de synthèse. Dans ce nouvel effort, les chercheurs ont surmonté certains des obstacles auxquels d’autres ont été confrontés et ont fait un grand pas vers la création d’un moteur moléculaire en créant deux des principales pièces nécessaires à un tel dispositif – un essieu et un rotor – et même réussi à les connecter les uns aux autres.
Pour créer leurs pièces de moteur, les chercheurs ont d’abord utilisé un logiciel appelé Rosetta qui leur a permis de concevoir des protéines en forme d’anneaux avec des diamètres spécifiés. Ils ont ensuite utilisé les données du programme pour ajouter l’ADN codant pour les acides aminés dans les bactéries E. coli qui composent les protéines. Ces protéines sont constituées de chaînes d’acides aminés – c’est leur séquence qui définit la forme qu’elles prendront lorsqu’elles se replieront spontanément. L’équipe a réussi à amadouer certaines des protéines pour qu’elles se replient en formes de rotor et d’autres en formes d’essieux. Ils sont ensuite allés plus loin en cajolant plusieurs protéines pour qu’elles se replient en combinaisons rotor-essieu – les pièces rudimentaires nécessaires à un moteur moléculaire.
Les chercheurs ont examiné les prototypes de moteurs qu’ils ont créés à l’aide de la microscopie électronique cryogénique et ont découvert que les pièces s’étaient pliées comme souhaité, mais comme une telle microscopie ne peut prendre qu’une seule image à la fois, il était impossible de dire si les rotors tournaient.
Le prochain objectif des chercheurs est de concevoir un moteur moléculaire doté de composants qui poussent le rotor à tourner dans la direction souhaitée.
A. Courbet et al, Conception informatique d’assemblages de protéines essieux-rotors couplés mécaniquement, Science (2022). DOI : 10.1126/science.abm1183
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