Un fragment d'un seul brin d'ADN, construit des nucléobases cytosine et guanine, peut être imprimé dans un polymère - cela a été démontré par des chimistes de Varsovie, Denton et Milan. Le négatif artificiel qui en résulte, avec une longueur record, fonctionne chimiquement comme un brin normal d'acide désoxyribonucléique. Cette réalisation confirme enfin la possibilité de créer des empreintes polymères d'ADN, correspondant fonctionnellement à des fragments d'ADN contenant les quatre bases nucléiques.

Il y a un an et demi, un groupe de chercheurs polono-américains-italiens a créé un ADN chimique négatif au moyen d'une empreinte moléculaire. Cavités moléculaires, généré dans un polymère soigneusement conçu, s'est comporté chimiquement comme un vrai brin d'ADN (complémentaire à celui utilisé pour l'empreinte). Le premier oligomère "imprimé" dans le polymère était court, constitué uniquement de six nucléobases adénine et thymine formant la séquence TATAAA. Actuellement, un groupe de l'Institut de chimie physique de l'Académie polonaise des sciences (IPC PAS) à Varsovie, dirigé par le professeur Wlodzimierz Kutner et coopérant avec l'Université de North Texas à Denton (USA) et l'Université de Milan (Italie), a franchi le pas suivant. Dans la revue Matériaux et interfaces appliqués ACS , les chercheurs ont présenté le processus de construction d'un fragment négatif d'un seul brin d'ADN contenant les autres nucléobases :la cytosine et la guanine.

"L'oligonucléotide maintenant imprimé dans le polymère est légèrement plus long que celui décrit dans notre publication précédente. Cependant, il ne s'agissait pas de battre des records. Plus important encore, il s'agissait de montrer que la méthode d'empreinte moléculaire permet de construire des négatifs stables d'oligonucléotides contenant l'ensemble des nucléobases de l'acide désoxyribonucléique, " dit le professeur Kutner.

Chaque molécule d'ADN est un ruban torsadé en hélice, fait de deux longs, brins connectés en permanence. Un seul brin est constitué de nucléotides à répétitions multiples, dont chacune contient l'une des bases nucléiques :l'adénine (A), guanine (G), cytosine (C) ou thymine (T). Puisque l'adénine présente sur un brin est complémentaire de la thymine sur l'autre, et de la guanine en cytosine, sur la base d'un seul brin d'ADN, il est facile de reconstruire son partenaire complémentaire. Ce mécanisme augmente non seulement la permanence de l'enregistrement du code génétique, mais lui permet également d'être transcrit de l'ADN à l'ARN dans le processus de transcription, qui est la première étape de la synthèse des protéines.

« Les molécules d'ADN sont très longues; si elles devaient être redressées, ils auraient une longueur mesurée en centimètres. Sous des conditions normales, l'ADN double brin est, cependant, tordu et enroulé de diverses manières. L'impression d'une telle structure spatialement compliquée dans le polymère est non seulement impossible, mais n'a pas de sens non plus, parce que différentes molécules du même ADN peuvent être tordues de différentes manières. Par conséquent, comme règle, lors de tests ADN double brin, ses brins sont d'abord séparés, puis découpés en fragments contenant de plusieurs à plusieurs dizaines de nucléotides. Il est alors possible de tenter d'imprimer ces fragments de cette longueur dans le polymère, " explique le Dr Agnieszka Pietrzyk-Le (IPC PAS).

Afin d'imprimer les molécules dans le polymère, ils sont introduits dans une solution de monomères, ou "blocs de construction, " à partir de laquelle le futur polymère doit être formé. Certains des monomères sont sélectionnés de manière à s'auto-assembler autour des molécules à imprimer. Le mélange est ensuite polymérisé électrochimiquement. Cette électropolymérisation aboutit à une couche mince, film durci d'un polymère, d'où sont ensuite extraites les molécules imprimées. De cette façon, un polymère est obtenu avec des cavités moléculaires correspondant aux molécules d'origine non seulement en taille et en forme, mais même leurs propriétés chimiques locales.

« Dans nos dernières recherches, nous avons montré qu'il est possible d'imprimer dans le polymère l'oligonucléotide GCGGCGGC, c'est-à-dire celui qui contient huit nucléobases. Cet oligomère est génétiquement significatif. Sa présence, entre autres, augmente la probabilité de maladies neurodégénératives, " explique Katarzyna Bartold, doctorante (IPC PAS).

Le premier négatif polymère, avec un oligomère adénine-thymine imprimé, était totalement sélectif, c'est-à-dire que seules les molécules TATAAA précédemment utilisées pour préparer le polymère pourraient entrer dans les cavités moléculaires. Dans le polymère actuellement synthétisé, les cavités guanine-cytosine sont également très sélectives, mais cette sélectivité laisse encore beaucoup à désirer. Si l'oligonucléotide capturé dans la solution ne diffère que d'une base de l'oligonucléotide GCGGCGGC utilisé pour l'impression, la cavité peut ne pas remarquer cette différence. Les chercheurs attribuent ce comportement à des liaisons entre la guanine et la cytosine plus fortes que celles entre l'adénine et la thymine.

"De façon intéressante, à certains égards, notre ADN négatif semble avoir de meilleures propriétés que celles du brin d'ADN naturel. Le vrai brin d'ADN a des noyaux de nucléotides qui sont chargés électriquement négativement, ce qui fait que les molécules se repoussent en solution. Les chimistes doivent donc neutraliser cette charge par, par exemple, l'introduction d'ions sodium positifs. Nos cavités moléculaires sont déjà électriquement neutres. Par conséquent, en utilisant notre analogue d'ADN polymère, nous éliminons une étape de la recherche :la neutralisation, " note le Dr Pietrzyk-Le.

Dans le futur proche, les chercheurs entendent affiner la technique développée, en imprimant des fragments d'ADN toujours plus longs, de sorte que des oligonucléotides constitués d'au moins une dizaine de nucléotides puissent être cartographiés. Des films polymères avec des cavités moléculaires aussi longues permettraient de construire des détecteurs efficaces de fragments d'ADN génétiquement importants. Cela serait possible puisque la masse du polymère avec des cavités remplies d'oligomères capturés à partir de la solution à tester augmente, la conductivité électrique du polymère change également, et les changements de ces paramètres peuvent être facilement détectés. À l'avenir, une autre application serait également possible. Des films polymères avec des fragments d'ADN imprimés et des cavités moléculaires remplies de ces fragments pourront être utilisés pour étudier de nouveaux médicaments ciblant les maladies génétiques.