Similaire à l'utilisation de Python ou Java pour écrire du code pour un ordinateur, les chimistes pourraient bientôt être en mesure d'utiliser un ensemble structuré d'instructions pour « programmer » comment les molécules d'ADN interagissent dans un tube à essai ou une cellule.

Une équipe dirigée par l'Université de Washington a développé un langage de programmation pour la chimie qui, espère-t-elle, rationalisera les efforts visant à concevoir un réseau capable de guider le comportement des mélanges de réaction chimique de la même manière que les contrôleurs électroniques intégrés guident les voitures, robots et autres appareils. En médecine, de tels réseaux pourraient servir de libérateurs de médicaments « intelligents » ou de détecteurs de maladies au niveau cellulaire.

Les résultats ont été publiés en ligne cette semaine (29 septembre) dans Nature Nanotechnologie .

Les chimistes et les éducateurs enseignent et utilisent des réseaux de réactions chimiques, un langage d'équations centenaire qui décrit le comportement des mélanges de produits chimiques. Les ingénieurs de l'UW poussent ce langage un peu plus loin et l'utilisent pour écrire des programmes qui dirigent le mouvement de molécules sur mesure.

"Nous partons d'un résumé, description mathématique d'un système chimique, puis utiliser l'ADN pour construire les molécules qui réalisent la dynamique souhaitée, " a déclaré l'auteur correspondant Georg Seelig, un professeur assistant UW de génie électrique et d'informatique et d'ingénierie. "La vision est que finalement, vous pouvez utiliser cette technologie pour créer des outils à usage général."

Actuellement, lorsqu'un biologiste ou un chimiste réalise un certain type de réseau moléculaire, le processus d'ingénierie est complexe, encombrant et difficile à réutiliser pour construire d'autres systèmes. Les ingénieurs de l'UW voulaient créer un cadre qui donne aux scientifiques plus de flexibilité. Seelig compare cette nouvelle approche aux langages de programmation qui indiquent à un ordinateur ce qu'il doit faire.

"Je pense que c'est intéressant parce que ça permet de résoudre plus d'un problème, " Seelig a dit. " Si vous voulez qu'un ordinateur fasse autre chose, vous venez de le reprogrammer. Ce projet est très similaire en ce sens que nous pouvons dire à la chimie quoi faire. »

Les humains et d'autres organismes disposent déjà de réseaux complexes de molécules nanométriques qui aident à réguler les cellules et à contrôler le corps. Les scientifiques trouvent maintenant des moyens de concevoir des systèmes synthétiques qui se comportent comme des systèmes biologiques dans l'espoir que les molécules synthétiques pourraient soutenir les fonctions naturelles du corps. À cette fin, un système est nécessaire pour créer des molécules d'ADN synthétiques qui varient selon leurs fonctions spécifiques.

La nouvelle approche n'est pas prête à être appliquée dans le domaine médical, mais les utilisations futures pourraient inclure l'utilisation de ce cadre pour fabriquer des molécules qui s'auto-assemblent dans les cellules et servent de capteurs « intelligents ». Ceux-ci pourraient être intégrés dans une cellule, puis programmé pour détecter les anomalies et répondre au besoin, peut-être en administrant des médicaments directement à ces cellules.

Seelig et son collègue Eric Klavins, professeur agrégé de génie électrique à l'UW, a récemment reçu 2 millions de dollars de la National Science Foundation dans le cadre d'une initiative nationale visant à stimuler la recherche en programmation moléculaire. Le nouveau langage sera utilisé pour soutenir cette initiative plus large, a dit Seelig.