Structure du nanocristal de chlorure de cadmium
Dans le monde naturel, les protéines utilisent le processus de biominéralisation pour incorporer des éléments métalliques dans les tissus, l'utiliser pour créer divers matériaux tels que des coquillages, les dents, et les os. Cependant, la façon dont les protéines le font n'est pas bien comprise.
Maintenant, dans une recherche publiée dans Angewandte Chemie Édition Internationale , des scientifiques du groupe de Kam Zhang du RIKEN Center for Life Science Technologies (CLST) et du groupe de Jeremy Tame de l'université de Yokohama City au Japon ont utilisé une protéine conçue artificiellement pour créer un nanocristal de chlorure de cadmium, le plus petit cristal signalé à ce jour, composé de seulement 19 atomes, pris en sandwich entre deux copies de la protéine.
En 2014, les groupes ont annoncé le développement d'une protéine artificielle, appelé Pizza6, qui ressemble beaucoup à une pizza coupée en six tranches identiques. L'objectif des groupes était de concevoir de nouvelles protéines - qui n'existent pas dans la nature - qui pourraient être utilisées à diverses fins. Des protéines comme la pizza, avec son haut degré de symétrie, n'existent pas naturellement, mais parce qu'ils peuvent être créés artificiellement, sont des échafaudages attrayants pour la création de nouveaux biomatériaux hybrides adaptés à une variété d'objectifs tels que l'emballage de médicaments et la livraison aux cellules, ou même la biorestauration des métaux dangereux dans l'environnement.
Dans la recherche actuelle, la protéine Pizza a été modifiée en introduisant un site de liaison au métal. Selon le premier auteur Arnout Voet, qui a effectué le travail de conception et de construction des protéines, "Notre impulsion initiale était de concevoir des sites de liaison aux métaux pour contrôler l'auto-assemblage de nos protéines symétriques conçues. Nous avons utilisé des méthodes de calcul pour trouver un moyen rationnel d'incorporer un site de liaison aux métaux dans la protéine Pizza que nous avions précédemment conçue, basé sur l'idée que cela pourrait nous permettre de contrôler facilement l'assemblage des protéines. Nous pensons que cela nous donnerait un nouvel outil pour construire de nouvelles protéines à partir de zéro en utilisant des réactifs métalliques très bon marché. »
Structure d'une protéine de pizza
En effet, lorsque les protéines ont été modifiées pour avoir un site de liaison aux métaux puis placées dans une solution de chlorure de cadmium, les chercheurs ont découvert que les trimères de la protéine se lieraient spontanément ensemble. En utilisant l'installation de synchrotron SPring-8 de RIKEN à Harima et d'autres installations, ils ont analysé la structure au niveau atomique et découvert, de façon intéressante, que les atomes de cadmium et de chlorure avaient formé un minuscule réseau - une structure cristalline - pris en sandwich entre deux "pizzas".
Selon l'auteur correspondant Kam Zhang, qui a dirigé l'équipe RIKEN, "Nous étions très excités de voir la formation du cristal, car il donne un aperçu du processus de biominéralisation - le processus par lequel la nature incorpore des éléments métalliques dans les tissus pour former des structures telles que des coquillages, les dents, et les os. Nos résultats indiquent la faisabilité de l'utilisation de protéines symétriques conçues de manière rationnelle pour biominéraliser les nanocristaux. Atteindre cela pourrait nous permettre de fabriquer une large gamme de nano-dispositifs tels que des produits biopharmaceutiques, biocapteurs, interrupteurs actionnés par la lumière, et des enzymes synthétiques de bas en haut.
« Nous avons de nombreuses idées sur la façon dont cela pourrait être utilisé davantage, " il continue, "et continuera à expérimenter pour trouver de nouvelles propriétés dans ces protéines conçues artificiellement."
