Une nouvelle façon de construire des pores traversant la membrane, en utilisant des blocs de construction d'ADN de type Lego, a été développé par des scientifiques de l'UCL, en collaboration avec des collègues de l'Université de Cambridge et de l'Université de Southampton.

L'approche fournit un outil simple et peu coûteux pour la biologie synthétique et la technique a des applications potentielles dans les dispositifs de diagnostic et la découverte de médicaments. La recherche est présentée dans le numéro actuel de la revue Angewandte Chemie .

Les pores membranaires sont les passerelles contrôlant le transport des molécules essentielles à travers les membranes autrement imperméables qui entourent les cellules des organismes vivants. Généralement à base de protéines, des pores de différentes tailles contrôlent le flux d'ions et de molécules à la fois dans et hors de la cellule dans le cadre du métabolisme d'un organisme.

Notre compréhension des pores membranaires vient à la fois de l'étude des pores naturels, et à partir de structures équivalentes construites en laboratoire par des biologistes synthétiques. Mais les protéines synthétiques sont notoirement difficiles à manipuler en raison des manières complexes et souvent imprévisibles dont leurs structures peuvent se replier. Même un mauvais repliement mineur des protéines modifie les propriétés d'une protéine, ce qui signifie que la construction de pores synthétiques à partir de protéines peut être risquée et fastidieuse.

Une approche plus simple est ce qu'on appelle « l'ingénierie rationnelle » utilisant des blocs de construction d'ADN de type Lego. Bien que généralement connu comme le code génétique de la vie, brins d'ADN, qui sont chimiquement beaucoup plus simples que les protéines, sont beaucoup plus faciles et prévisibles à travailler que les protéines. En tant que tels, ils constituent un matériau utile pour la construction de structures à l'échelle nanométrique en laboratoire.

"L'ADN est un matériau de construction qui suit des règles très simples", a déclaré le Dr Stefan Howorka (UCL Chimie). "De nouvelles nanostructures peuvent être facilement conçues à l'aide d'un programme informatique, et les éléments s'emboîtent comme des briques Lego. Donc on peut construire plus ou moins ce qu'on veut."

En utilisant cette approche, l'équipe a construit un petit tube mesurant seulement 14 nanomètres de long et 5,5 nanomètres de large (environ 10, 000 fois plus petit que la largeur d'un cheveu humain). Cela formait la partie principale de leur nanopore artificiel. Cependant, insérer le tube dans une membrane cellulaire, un défi majeur devait être relevé :la structure à base d'ADN soluble dans l'eau ne s'incrustera pas dans la membrane graisseuse composée de lipides.

Pour surmonter cela, les scientifiques ont attaché chimiquement au tube d'ADN deux grandes ancres, composé de molécules qui ont une affinité naturelle pour les lipides. Ces structures ont ensuite pu noyer le tube dans la membrane. Ces structures, qui sont à base de porphyrines d'origine naturelle, ont été conçus par un groupe dirigé par le Dr Eugen Stulz (Université de Southampton).

"Les molécules de porphyrine ont des caractéristiques idéales pour nos besoins, " explique Stulz. "Ils sont une forte ancre membranaire, qui verrouille le nanopore solidement dans la membrane lipidique. En outre, ils sont fluorescents, ce qui signifie qu'ils sont faciles à voir et à étudier. Cela les rend supérieurs aux autres technologies."

Les pores ont été caractérisés par des mesures électriques et de fluorescence en collaboration avec le Dr Ulrich Keyser (Laboratoire Cavendish, Cambridge).

La simplicité d'auto-assemblage d'une structure avec seulement deux ancres (les études précédentes utilisaient 26 voire 72 de ces ancres) rationalise grandement la conception et la synthèse des nanopores.

"Dans le futur, ce nouveau procédé nous permettra d'adapter les nanopores d'ADN à une gamme d'applications beaucoup plus large que ce qui est actuellement possible, " dit Keyser.

La possibilité de créer des canaux synthétiques à travers des membranes lipidiques permet de nombreuses applications dans les sciences de la vie. En premier lieu, Les nanopores d'ADN sont d'un grand intérêt pour la biodétection, telles que l'analyse rapide de l'ADN.

Mais on peut également s'attendre à ce que des pores adaptés aident au développement de nouveaux médicaments. Les médicaments prototypes sont généralement conçus pour affecter une cible biologique, mais ne sont pas conçus pour traverser la membrane cellulaire. Les pores auto-assemblés permettent aux médicaments de passer dans les cellules, permettant un dépistage préclinique beaucoup plus rapide de l'activité.