Les structures constituées de blocs de construction peuvent changer de forme et s’auto-organiser pour adopter une nouvelle configuration. Les physiciens Saeed Osat et Ramin Golestanian de l’Institut Max Planck pour la dynamique et l’auto-organisation (MPI-DS) ont révélé ce mécanisme qui peut être utilisé pour manipuler activement l’organisation moléculaire. Une graine de la nouvelle configuration souhaitée est suffisante pour déclencher la réorganisation.
Ce principe peut s’appliquer à des blocs de construction biologiques qui sont constamment recyclés pour former de nouvelles structures dans les systèmes vivants.
Le concept de remodelage est familier à la plupart des gens : ceux qui ont déjà joué avec des briques Lego savent que de nombreuses combinaisons et structures sont possibles à partir des mêmes composants.
En règle générale, un manuel joint décrit la disposition des blocs individuels et la forme de la structure finale. L’assemblage initial de quelques pièces seulement peut ainsi déjà déterminer la manière dont toutes les autres pièces doivent être fixées. « Notre modèle décrit le réarrangement des blocs de construction dans les systèmes physiques à partir d’une structure donnée », explique Saeed Osat, le premier auteur de l’étude. « Si seulement quelques pièces d’une structure donnée sont modifiées, elles fonctionnent comme une graine qui donne une composition entièrement nouvelle. »
Comme dans un manuel Lego, il existe certaines règles sur la façon dont les blocs doivent être disposés. Dans le modèle du chercheur, les instructions d’assemblage sont dérivées d’une liste d’interactions moléculaires possibles. Celles-ci dépendent de l’état énergétique du système, de la taille de la graine et des interactions non réciproques entre les composants.
« Sous certaines conditions, on peut alors observer des réorganisations multiformes vers de nouvelles formes », explique Ramin Golestanian, chef du département Physique de la matière vivante et directeur au MPI-DS. « Nous avons identifié une nouvelle règle d’apprentissage qui amène les structures à changer dynamiquement de forme, en fonction des interactions non réciproques entre leurs parties. »
En biologie, le réarrangement des blocs de construction se produit constamment. Au lieu de disposer des structures complexes dans leur ensemble, elles sont désassemblées en leurs parties individuelles qui sont utilisées pour construire de nouvelles compositions. Le modèle peut ainsi aider à comprendre les principes d’auto-organisation de la matière vivante. De même, le principe d’auto-assemblage synthétique et autonome hors équilibre peut être utile pour concevoir des stratégies d’ingénierie pour concevoir des métamorphes robotiques moléculaires.
Le travail est publié dans la revue Nanotechnologie de la nature.
Plus d’information:
Saeed Osat et al, Auto-organisation multiforme non réciproque, Nanotechnologie de la nature (2022). DOI : 10.1038/s41565-022-01258-2