En ajoutant des brins d'ADN à une solution contenant des nanotiges d'or, Les chercheurs d'A*STAR ont créé un système remarquablement simple qui peut « calculer » des opérations logiques de base telles que OU et NON en réponse à des entrées moléculaires spécifiques. Cela a des applications potentielles dans des systèmes de diagnostic rapides et complexes.

Les diagnostics cliniques reposent souvent sur la détection d'agents pathogènes et de biomarqueurs de maladies à partir d'échantillons de sang ou d'autres fluides biologiques provenant de patients. La plupart de ces tests produisent un simple résultat « vrai » ou « faux » pour la présence d'un seul biomarqueur. La possibilité d'effectuer des opérations logiques telles que ET et OU pour deux ou plusieurs biomarqueurs pourrait augmenter considérablement la puissance de diagnostic de ces tests. Les progrès dans la construction de portes logiques biomoléculaires sont entravés par les modifications complexes et chimiquement exigeantes requises pour produire des systèmes logiques pratiques.

Xiao Di Su et ses collègues de l'A*STAR Institute of Materials Research and Engineering et de l'University College London ont conçu un système de diagnostic hautement polyvalent et fiable utilisant des nanotiges d'or, ADN et protéines, qui est à la fois facile à créer et offre le potentiel pour des opérations informatiques sophistiquées basées sur la logique.

"Nous avons pris la régulation des gènes humains, l'un des mécanismes les plus précis de la nature, et l'a appliqué pour développer la base d'une nouvelle technologie dans le domaine de la bioinformatique, " dit Su.

Les nanotiges d'or absorbent la lumière à des longueurs d'onde spécifiques déterminées par les dimensions des tiges, mais le degré d'absorption est contrôlé par l'agrégation des nanotiges en solution. Su et ses collègues ont découvert que lorsque de l'ADN double brin (ADNdb) était ajouté à la solution de nanotige, l'agrégation des nanotiges pourrait être contrôlée de manière fiable par la concentration d'ADNdb.

Pour démontrer le système, les chercheurs ont créé la solution en utilisant des segments d'ADN contenant la séquence d'ADN pour les éléments du récepteur des œstrogènes (ER), ce qui permettrait au système de répondre à l'ajout de protéines ER. Ils ont découvert que le système pouvait être configuré pour donner un résultat OR - un changement d'un niveau d'absorbance « faible » à « élevé » lorsqu'une ou les deux variantes ER différentes (ERα et ERβ) étaient ajoutées à la solution – ainsi comme un résultat NON en réponse à l'ajout d'ADNdb. L'équipe a ensuite démontré d'autres fonctions logiques (IMPLY, FAUX, VRAI et TAMPON), qui, lorsqu'elles sont disposées en série, constituent la base d'opérations logiques plus complexes.

"C'est un simple, plate-forme pourtant très polyvalente qui ne repose pas sur la fonctionnalisation des nanomatériaux ou d'autres méthodes de fabrication compliquées, et démontre l'énorme potentiel des applications inspirées de la nature utilisant des événements de liaison biologique pour manipuler les propriétés optiques des nanomatériaux, " dit Su.