Les chercheurs prennent des instantanés de réactions chimiques en un trillionième de seconde dans l'espoir de développer la prochaine génération d'antibiotiques et de médicaments antiviraux.

Grâce à la technologie laser de pointe, des scientifiques de l'Université de Cardiff et du Rosalind Franklin Institute créent des "films d'arrêt sur image" de réactions chimiques, avec un rôle de premier plan pour une enzyme spécifique qui pourrait être utilisée pour fabriquer de nouveaux médicaments actifs contre les virus, comme le COVID-19.

La technologie permettra à l'équipe d'observer la chimie qui se déroule au sein d'une enzyme sur de très courtes périodes de temps, ce qui permettra aux scientifiques de comprendre comment la structure des protéines permet à la réaction chimique d'avoir lieu.

Ces informations seront essentielles pour les efforts de l'équipe visant à reconcevoir l'enzyme afin qu'elle puisse être utilisée pour produire des composés dotés de propriétés antivirales de manière rapide et efficace.

Pour y parvenir, ils profitent des puissantes capacités d'un laser à électrons libres à rayons X (XFEL) situé à Hambourg, Allemagne.

Le XFEL peut être utilisé pour obtenir des images de réactions enzymatiques dans des cristaux en envoyant des impulsions de rayons X d'une durée d'une femtoseconde, soit un quadrillionième de seconde. Les liaisons entre les atomes individuels mettent environ 10 femtosecondes à se former lors de réactions chimiques, ce qui signifie que le XFEL devrait être capable de prendre des instantanés des structures au fur et à mesure qu'elles prennent forme au sein de l'enzyme.

Faire de cela une réalité, cependant, est un exploit techniquement exigeant qui n'a pas été signalé pour la classe d'enzymes étudiée par l'équipe.

L'équipe portera une attention particulière à une enzyme présente dans Streptomyces, bactéries qui vivent couramment dans le sol et la végétation en décomposition et qui sont responsables de la production de plus des deux tiers des antibiotiques cliniquement utiles trouvés dans la nature.

Cette enzyme facilite la construction d'une liaison entre deux atomes de carbone, une réaction décrite par les chercheurs comme "la chimie de la vie à sa base".

Il est important de comprendre cette réaction de formation de liaison carbone-carbone car elle se trouve dans les nucléosides C, une classe particulière de molécules qui sont des candidats extrêmement prometteurs pour les futurs médicaments antiviraux. Un exemple de nucléoside C est le remdesivir, développé par Gilead Sciences, Inc., qui est actuellement testé dans le monde entier comme traitement potentiel du COVID-19.

"Nous créons essentiellement un film d'arrêt sur image de la chimie en action, " a déclaré le co-chercheur principal du projet, le professeur Nigel Richards de l'école de chimie de l'Université de Cardiff. " Les liaisons chimiques se forment et se brisent en très peu de temps, beaucoup trop rapide pour être vu en utilisant d'autres techniques. La nouvelle technologie XFEL offre une solution à ce problème pour les réactions chimiques catalysées par des enzymes."

"Cette technologie de pointe nous permettra d'étudier des réactions biochimiquement importantes comme nous n'avons jamais pu le faire auparavant, ouvrant une gamme de nouvelles possibilités pour la découverte et le développement de médicaments.

"Nos expériences révolutionnaires vont probablement changer notre façon de penser les réactions chimiques qui se déroulent à l'intérieur des enzymes - un grand défi de la chimie, biochimie et biologie. Cela nous permettra à son tour de concevoir des bibliothèques d'enzymes similaires qui peuvent être utilisées pour fabriquer des composés antibiotiques et antiviraux potentiels, facilitant le processus de découverte de médicaments."

"Les C-nucléosides sont des molécules d'avenir dans la découverte de médicaments, " a poursuivi le professeur Richards. " Ces composés sont déjà largement utilisés dans la nature pour tuer les bactéries et les virus. "

"Le fait de pouvoir utiliser une enzyme pour créer la liaison carbone-carbone clé des nucléosides C en laboratoire nous permettra de créer une variété de nouveaux composés pouvant être évalués en tant que médicaments potentiels, " il a dit.