L'ADN est l'étoffe de la vie, mais c'est aussi l'étoffe de la nanotechnologie. Parce que les molécules d'ADN avec des structures chimiques complémentaires se reconnaissent et se lient les unes aux autres, des brins d'ADN peuvent s'assembler comme des blocs Lego pour créer des objets à l'échelle nanométrique de forme et de structure complexes.

Mais les chercheurs doivent travailler avec des assemblages d'ADN beaucoup plus importants pour atteindre un objectif clé :construire des dispositifs miniatures durables tels que des biocapteurs et des conteneurs de distribution de médicaments. Cela a été difficile car les longues chaînes d'ADN sont souples et la méthode standard d'assemblage de longues chaînes est sujette aux erreurs.

En utilisant une protéine de liaison à l'ADN appelée RecA comme une sorte de barre d'armature à l'échelle nanométrique, ou barre d'armature, pour soutenir l'échafaudage d'ADN disquette, des chercheurs du National Institute of Standards and Technology (NIST) ont construit plusieurs des plus grands formes linéaires et autres jamais assemblées à partir de l'ADN. Les structures peuvent être deux à trois fois plus grandes que celles construites à l'aide des techniques standard d'auto-assemblage d'ADN.

En outre, parce que la nouvelle méthode nécessite moins de pièces chimiquement distinctes pour construire des structures organisées que la technique standard, connu sous le nom d'origami ADN, il est susceptible de réduire le nombre d'erreurs dans la construction des formes. C'est un gros plus pour l'effort de produire des dispositifs à base d'ADN fiables en grandes quantités, a déclaré Alex Liddle, chercheur au NIST.

Bien que la capacité de RecA à se lier à l'ADN double brin soit connue depuis des années, l'équipe du NIST est la première à intégrer des filaments de cette protéine dans l'assemblage de structures d'ADN. L'ajout de RecA offre un avantage particulier :une fois qu'une unité de la protéine se lie à un petit segment d'ADN double brin, il attire automatiquement d'autres unités à s'aligner à ses côtés, de la même manière que les barres magnétiques se joindront de bout en bout. Comme des briques remplissant une fondation, RecA tapisse toute la longueur du brin d'ADN, élongation, l'élargir et le renforcer. Une disquette, Un brin d'ADN de 2 nanomètres de large peut se transformer en une structure rigide plus de quatre fois plus large.

"La méthode RecA étend considérablement la capacité des méthodes d'auto-assemblage d'ADN à construire des structures plus grandes et plus sophistiquées, " a déclaré Daniel Schiffels du NIST.

Schiffel, Liddle et leur collègue Veronika Szalai décrivent leur travail dans un article récent ACS Nano .

La nouvelle méthode intègre la technique de l'origami ADN et va au-delà, selon Liddle. En origami ADN, de courts brins d'ADN qui ont une séquence spécifique de quatre paires de bases sont utilisés comme agrafes pour lier ensemble de longues sections d'ADN. Pour rendre le squelette d'ADN maigre plus fort et plus épais, le brin peut se recroqueviller sur lui-même, en utilisant rapidement la longue chaîne.

Si l'origami d'ADN est tout au sujet du pliage, Liddle a comparé la nouvelle méthode de son équipe à la construction d'une pièce, en commençant par un plan d'étage. L'emplacement du court, des morceaux d'ADN simple brin qui agissent comme des agrafes marquent les coins de la pièce. Entre les coins se trouve un long, petit morceau d'ADN simple brin. L'enzyme ADN polymérase transforme une section du long morceau d'ADN simple brin en la version double brin de la molécule, une étape nécessaire car RecA ne se lie fortement qu'à l'ADN double brin. Puis RecA assemble tout le long du double brin, renforçant la structure de l'ADN et limitant le besoin d'agrafes supplémentaires pour maintenir sa forme.

Avec moins d'agrafes nécessaires, la méthode RecA est probablement capable de construire des structures organisées avec moins d'erreurs que l'origami ADN, dit Liddle.