L'amplification de l'ADN - une technique de "photocopie" moléculaire où le matériel génétique est répliqué - a de nombreuses applications dans la recherche scientifique, science médico-légale, et les laboratoires médicaux. Il est utile pour détecter et identifier certaines formes de cancer et de maladies virales, et est prometteur pour le traitement de ces maladies à l'avenir.

Le processus d'amplification de l'ADN nécessite actuellement un cycle thermique sur une large plage de températures élevées, allant de 48°C à 95°C (118°F à 203°F). Par conséquent, la qualité des échantillons biologiques traités est souvent compromise. Une équipe de scientifiques japonais a maintenant développé une méthode d'amplification de l'ADN à la température du corps dans des cellules artificielles qui ressemblent à celles des humains.

Leurs conclusions ont été publiées le 9 juillet. 2019 en Communication chimique .

L'amplification de l'ADN est largement utilisée dans la recherche en biologie moléculaire pour le séquençage de l'ADN afin de déterminer la structure exacte des nucléotides qui composent le matériel génétique d'un organisme, ainsi que pour le clonage d'ADN et les études liées à l'expression des gènes. Il est également utilisé pour analyser l'ADN recueilli à partir d'échantillons anciens. Les applications médico-légales comprennent les empreintes génétiques, une technique qui est souvent utilisée pour incriminer ou justifier des suspects dans une enquête criminelle, identifier le corps d'une personne décédée, ou pour les tests parentaux/paternité pour confirmer les parents biologiques d'un enfant. Les applications médicales de la réplication de l'ADN comprennent la détection et l'identification de plusieurs types de cancer, ainsi que les maladies infectieuses, y compris le virus de l'immunodéficience humaine (VIH), qui peut être notoirement difficile à détecter.

Actuellement, la technique de réaction en chaîne par polymérase (PCR) est couramment utilisée pour amplifier un segment d'ADN. Pendant le processus de PCR, l'échantillon d'ADN est chauffé à plusieurs reprises de sorte qu'il se sépare en deux brins simples d'ADN. A l'aide d'une amorce enzymatique, chaque nouvelle molécule se compose désormais d'un ancien brin d'ADN et d'un nouveau brin d'ADN pour former la double hélice.

Alors que l'amplification de l'ADN a été réalisée dans des cellules artificielles avec la méthode PCR, les cycles répétitifs sur une plage de températures élevée endommagent souvent les molécules délicates qui composent l'échantillon génétique. Amplification isotherme, qui permet une amplification rapide de molécules d'ADN spécifiques à une température plus basse qui reste constante, pourrait résoudre ce problème. Au lieu de PCR en solution, cette méthode utilise un outil moléculaire encapsulé conçu pour répéter la copie et la libération d'un ADN simple brin avec une séquence d'ADN synthétique qui reflète le brin d'origine, un processus connu sous le nom d'amplification de circuit d'ADN.

« Dans notre étude, des cellules artificielles qui amplifient l'ADN plus de 5000 fois en réponse à des stimuli externes à la température corporelle ont été créées, " dit Shinichiro Nomura, professeur agrégé à la Graduate School of Engineering, Université du Tohoku au Japon, et co-auteur de l'étude.

Parce que cela fonctionne à la température du corps, "à l'avenir, il permettra aux scientifiques de développer des cellules artificielles et des robots moléculaires capables de diagnostiquer les cellules cancéreuses et de prendre soin des cellules en détectant des quantités infimes de molécules signal in situ dans le corps, " dit Nomura.

En outre, le moment auquel l'amplification se produit peut être artificiellement déclenché et régulé à l'aide de la lumière, un processus connu sous le nom de photo-stimulation. L'amplification d'ADN photo-déclenchée est passionnante car elle permettrait aux scientifiques de produire et d'assembler des nanostructures moléculaires dans des cellules artificielles avec une précision affinée sur l'endroit et le moment où elles sont activées dans la cellule. Ces nanostructures moléculaires artificielles pourraient essentiellement agir comme des robots moléculaires capables de détecter et de combattre les maladies à l'intérieur de la cellule.

Selon Nomura, les prochaines étapes comprennent le développement de systèmes de contrôle dans des cellules artificielles utilisant les ADN amplifiés, et finalement la détection des molécules de signal qui sont produites dans les cellules cancéreuses.

Dans les organismes vivants, les molécules de signal jouent un rôle important dans les processus de communication cellulaire qui régissent et coordonnent les activités et actions cellulaires, y compris le développement cellulaire, la réparation des tissus et les réponses immunitaires à la maladie. Toute erreur au cours des processus de signalisation cellulaire peut entraîner des maladies telles que le diabète, cancer, et les maladies auto-immunes. En comprenant la signalisation cellulaire et en étant capable de détecter les molécules de signal et de reconnaître les erreurs dans ces signaux de communication, les cliniciens peuvent être en mesure d'identifier et de traiter les maladies plus efficacement.