L'ADN a beaucoup d'utilisations pratiques. Il stocke le plan du code génétique. Il permet d'amorcer l'évolution des espèces.

Cela pourrait aussi potentiellement faire un plus fort, cuillère plus durable, entre autres.

Une collaboration dirigée par Cornell transforme l'ADN de la matière organique, comme les oignons, poissons et algues—en gels et plastiques biodégradables. Les matériaux résultants pourraient être utilisés pour créer des objets en plastique de tous les jours, adhésifs exceptionnellement forts, composites multifonctionnels et méthodes plus efficaces pour l'administration de médicaments, sans nuire à l'environnement comme le font les matériaux d'origine pétrochimique.

Le papier de l'équipe, "Transformation de l'ADN de la biomasse en matériaux biodégradables des gels aux plastiques pour réduire la consommation pétrochimique, " publié le 11 mai dans le Journal de l'American Chemical Society .

La collaboration est dirigée par Dan Luo, professeur de génie biologique et environnemental au Collège des sciences de l'agriculture et de la vie. Le groupe de Luo a exploré les moyens d'utiliser l'ADN de la biomasse comme matériel génétique et générique, capitaliser sur ses propriétés en tant que nouveau polymère.

"Il y a beaucoup de, de nombreuses raisons pour lesquelles l'ADN est si bon en tant que matériau générique, " Luo dit. " L'ADN est programmable. Il en a plus de 4, 000 nanooutils—ce sont des enzymes—qui peuvent être utilisés pour manipuler l'ADN. Et l'ADN est biocompatible. Vous mangez de l'ADN tout le temps. Il est non toxique et dégradable. Essentiellement, vous pouvez le composter."

La plus grande vertu de l'ADN de la biomasse est peut-être sa pure abondance. Il y a environ 50 milliards de tonnes métriques de biomasse sur Terre, et moins de 1 % de ce montant pourrait répondre aux besoins mondiaux en plastique pendant un an, selon l'équipe de Luo. Pendant ce temps, les produits pétrochimiques ont un impact considérable sur l'environnement, qu'il s'agisse de l'exploration et du raffinage du pétrole et du gaz, à la synthèse industrielle du plastique, aux millions de tonnes de produits qui jonchent les terres et les océans sans se dégrader.

Alors que la biomasse était auparavant convertie en matériaux biodégradables, ce processus, dans lequel les polysaccharides tels que la cellulose sont décomposés et resynthétisés en polymères, nécessite une énergie supplémentaire et des températures extrêmes qui mettent également l'environnement à rude épreuve.

L'équipe de Luo a contourné ce processus de décomposition-synthèse en développant une méthode de réticulation en une étape qui maintient la fonction de l'ADN en tant que polymère sans rompre ses liaisons chimiques. Le processus est étonnamment simple :les chercheurs extraient l'ADN de n'importe quelle source organique, comme les bactéries, algues, du saumon ou du marc de pomme et le dissoudre dans l'eau. Après ajustement du pH de la solution avec un alcali, les chercheurs ajoutent du diacrylate de polyéthylène glycol, qui se lie chimiquement au polymère d'ADN et forme un hydrogel.

Le gel peut ensuite être déshydraté pour produire une gamme de matériaux plus denses, comme le plastique et la colle.

"C'est un procédé beaucoup plus simple que la synthèse conventionnelle, " Luo a dit. " L'ensemble du processus est plus faisable, plus économique et [peut être fait] à plus grande échelle, car vous n'avez pas à prétraiter l'ADN de la biomasse. Vous venez de les réticuler directement dans les plastiques."

Un avantage supplémentaire de la réticulation est que les chercheurs peuvent peaufiner les nouveaux matériaux avec des propriétés inhabituelles. Par exemple, le chercheur postdoctoral Dong Wang a créé une colle qui peut adhérer au téflon à moins 20 degrés Celsius, une température qui gèlerait les adhésifs à base d'eau traditionnels. Wang a également fabriqué une "fleur" de biomasse qui incorporait des nanoparticules magnétiques et pouvait être manipulée avec un champ magnétique.

"L'application du produit dépend des propriétés que nous lui accordons, " Luo a dit. " Vous pouvez le rendre luminescent, le rendre conducteur ou non conducteur, le rendre beaucoup plus fort. Tout ce à quoi vous pouvez penser."

En plus de tout générer, des jouets et ustensiles aux vêtements et peaux pour les bâtiments, Luo a déclaré que les hydrogels pourraient être particulièrement bien adaptés aux médicaments à libération contrôlée. Les chercheurs ont également pu obtenir une production de protéines sans cellules, ce qui n'était pas possible dans les produits pétrochimiques.

"Notre méthode de cross-link est très générale, " dit Wang, l'auteur principal du journal. "Il peut être étendu à d'autres polymères, d'autres molécules."

Le coût de la conversion dans le cadre actuel du laboratoire est d'environ 1 $ par gramme de matériau, avec près de 90 % des dépenses consacrées à l'éthanol nécessaire pour extraire l'ADN de la biomasse. S'il est fabriqué à l'échelle industrielle, Luo estime que le coût serait considérablement réduit, au centuple voire au millier.

Un défi potentiel consiste à obtenir des quantités suffisantes de biomasse pour extraire l'ADN. Les chercheurs doivent encore trouver comment contrôler la durée de vie des matériaux et le temps qu'il leur faut pour se dégrader.

« Nous travaillons également à rendre les matériaux d'ADN de la biomasse beaucoup plus fonctionnels, fabriquer différents types de matériaux, les rendant super forts, super doux, " Luo a dit. " Mais nous n'oublierons jamais que c'est un matériau basé sur l'ADN. Dès que possible, nous voulons profiter du rôle génétique de l'ADN."