Afin d'assembler de nouvelles machines biomoléculaires, les molécules de protéines individuelles doivent être installées sur leur site d'opération avec une précision nanométrique. Les chercheurs de l'Université Ludwig Maximilian ont maintenant trouvé un moyen de le faire. Feu vert sur l'assemblage des protéines.
La pointe finement aiguisée du microscope à force atomique (AFM) permet de prélever des biomolécules uniques et de les déposer ailleurs avec une précision nanométrique. La technique est appelée Single-Molecule Cut &Paste (SMC&P), et a été développé par le groupe de recherche dirigé par le physicien LMU, le professeur Hermann Gaub. Dans sa forme initiale, il n'était applicable qu'aux molécules d'ADN. Cependant, les machines moléculaires responsables de nombreux processus biochimiques dans les cellules sont constituées de protéines, et l'assemblage contrôlé de tels dispositifs est l'un des objectifs majeurs de la nanotechnologie. Une méthode pratique pour ce faire fournirait non seulement de nouvelles informations sur le fonctionnement des cellules vivantes, mais fournirait aussi un moyen de se développer, construire et utiliser des nanomachines de conception.
Dans une étape majeure vers cet objectif, l'équipe LMU a modifié la méthode pour leur permettre de prélever des protéines d'un site de stockage et de les placer à des emplacements définis dans une zone de construction avec une précision nanométrique. "En milieu liquide à température ambiante, les « conditions météorologiques » à l'échelle nanométrique sont comparables à celles d'un ouragan, " dit Mathias Strackharn, premier auteur de la nouvelle étude. D'où, les molécules manipulées doivent être solidement fixées à la pointe de l'AFM et maintenues solidement en place dans la zone de construction.
Les feux de circulation prouvent l'efficacité
Les forces qui attachent les protéines pendant le transport et l'assemblage doivent également être suffisamment faibles pour ne pas causer de dommages, et doit être étroitement contrôlé. Pour atteindre ces deux objectifs, les chercheurs ont utilisé une combinaison d'anticorps, Protéines "à doigts de zinc" se liant à l'ADN, et des ancres d'ADN. "Nous avons démontré la faisabilité de la méthode en rassemblant des centaines de molécules GFP fluorescentes pour former un petit homme vert, comme la figure du feu tricolore qui signale aux piétons de traverser la route, mais seulement quelques micromètres de haut, " explique Strackharn.
Avec cette technique, aspects fonctionnels des machines à protéines complexes - tels que la façon dont les combinaisons de différentes enzymes interagissent, et à quel point ils doivent être proches les uns des autres pour effectuer des réactions couplées - peuvent être testés directement. Un autre objectif est de développer des assemblages multimoléculaires artificiels modelés sur des "cellulosomes" naturels, qui pourraient être utilisés pour convertir la biomasse végétale en biocarburants. Strackharn souligne les implications :« Si nous pouvons construire efficacement des imitations de ces « chaînes d'assemblage enzymatiques » en rassemblant des protéines individuelles, nous pourrions peut-être apporter une contribution significative à l'exploitation de sources d'énergie durables."
