Les scientifiques rêvent depuis longtemps de créer des structures synthétiques à partir de la même matière première que la nature utilise dans les systèmes vivants, les protéines, croyant qu'une telle avancée permettrait le développement de nanomachines transformatrices, par exemple, des cages moléculaires qui délivrent avec précision des médicaments de chimiothérapie aux tumeurs ou aux systèmes photosynthétiques pour récolter l'énergie de la lumière. Maintenant, une équipe de biologistes de l'Université du Texas à Austin et de l'Université du Michigan a inventé un moyen de construire des structures synthétiques à partir de protéines, et comme dans la nature, la méthode est simple et peut être utilisée à diverses fins.

"Nous pensons que nous pouvons utiliser ces structures un peu comme des Legos pour construire de plus grandes choses, " a déclaré David Taylor, professeur adjoint de biosciences moléculaires à l'UT Austin et co-auteur d'un nouvel article publié aujourd'hui dans la revue Chimie de la nature . "Nous connaissons également certaines des règles pour modifier la recette de base pour fabriquer différents types de blocs de construction."

Comme preuve de concept, l'équipe a construit de minuscules structures qui ressemblent à deux beignets empilés l'un sur l'autre en appliquant des charges électriques à des endroits spécifiques sur des protéines naturelles. Des chercheurs précédents ont réussi à créer des structures synthétiques à partir de protéines, mais seulement après avoir minutieusement apposé quelque chose sur les protéines ou créé de nouvelles protéines à partir de zéro, rendre les méthodes antérieures compliquées, chronophage et limitant. Par contre, la nouvelle méthode, surnommé « Assemblage de protéines suralimentées (SuPrA), " imite la façon dont les protéines des organismes vivants fonctionnent lorsqu'elles fabriquent les machines moléculaires qui exécutent les différentes fonctions de la vie :les structures de la nouvelle méthode sont auto-assemblées et flexibles.

"Notre approche prend une protéine qui ne s'assemble pas normalement, et lui donne de nombreux sites potentiels où il pourrait être en mesure de, lui permettant de « choisir » ce qui correspond le mieux au reste de sa géométrie et de sa chimie, " dit Anna Simon, chercheur postdoctoral au département de biosciences moléculaires de l'UT Austin et co-premier auteur de l'article. "C'est important car cela nous donne un moyen de semi-directer les protéines pour s'organiser en structures plus grandes sans avoir à comprendre au préalable exactement comment elles vont s'emboîter."

Le concept original de cette nouvelle méthode a été développé par Andy Ellington, directeur associé du Center for Systems and Synthetic Biology de l'UT Austin, également professeur de biosciences moléculaires et co-auteur de l'étude.

Pour démontrer leur concept, les chercheurs ont commencé avec la protéine fluorescente verte, une protéine standard utilisée comme balise lumineuse dans toutes sortes d'expériences biologiques. Ils ont créé deux versions légèrement différentes, en utilisant une méthode jamais essayée auparavant :l'ajout de charges électriques pour inciter la protéine à se former discrètement, structures symétriques. Une version avait des charges positives ajoutées à certains endroits, et il a été mélangé dans une solution avec une deuxième version qui avait des charges négatives à certains endroits. L'équipe a trouvé chaque version auto-assemblée en une myriade de structures minuscules, ou des complexes macromoléculaires, chacun avec le même nombre et la même disposition de protéines.

Parce que cette méthode permet de construire des structures à partir de protéines naturelles, les chercheurs disent qu'il offre à la science un nouvel outil évolutif, abordable et durable.

"C'est comme la façon dont les gens utilisent des imprimantes 3D pour fabriquer des choses à partir de matériaux qu'ils n'auraient pas utilisés dans le passé, " a déclaré Taylor. " Cette nouvelle méthode nous donne une autre option pour les matériaux. Ces matériaux sont faciles à obtenir, bon marché et non nocif pour l'environnement.