Avec des collègues des États-Unis, des scientifiques de l'Université de Bonn et de l'institut de recherche Caesar à Bonn ont utilisé des nanostructures pour construire une minuscule machine qui constitue un moteur rotatif et peut se déplacer dans une direction spécifique. Les chercheurs ont utilisé des structures circulaires issues de l'ADN. Les résultats seront maintenant présentés dans la revue Nature Nanotechnologie .

Les nanomachines comprennent des structures de protéines complexes et d'acides nucléiques alimentés en énergie chimique et capables d'effectuer des mouvements dirigés. Le principe est connu de la nature :Bactéries, par exemple, se propulser vers l'avant à l'aide d'un flagelle. L'équipe de l'Université de Bonn, l'institut de recherche Caesar à Bonn et l'Université du Michigan (USA) ont utilisé des structures constituées de nano-anneaux d'ADN. Les deux anneaux sont liés comme une chaîne. "Un anneau remplit la fonction d'une roue, l'autre l'entraîne comme un moteur à l'aide d'énergie chimique, " explique le professeur Michael Famulok de l'Institut des sciences de la vie et des sciences médicales (LIMES) de l'Université de Bonn.

Le petit véhicule ne mesure qu'environ 30 nanomètres (millionièmes de millimètre). Le "carburant" est fourni par la protéine T7 ARN polymérase. Couplé à l'anneau qui sert de moteur, cette enzyme synthétise un brin d'ARN basé sur la séquence d'ADN et utilise l'énergie chimique libérée au cours de ce processus pour le mouvement de rotation de l'anneau d'ADN. "Au fur et à mesure que la rotation progresse, le brin d'ARN se développe comme un fil de l'ARN polymérase, " rapporte l'auteur principal, le Dr Julián Valero de l'équipe de Famulok. Les chercheurs utilisent ce fil d'ARN en constante expansion, qui dépasse essentiellement du moteur en tant que déchet, pour garder le petit véhicule sur sa trajectoire en utilisant des marques sur une piste ADN-nanotube.

Attaché à ce fil, le monocycle a couvert environ 240 nanomètres lors de son essai routier. "C'était un premier essai, " dit Famulok. " La piste peut être prolongée à volonté. " Dans la prochaine étape, les chercheurs ne visent pas seulement à étendre la longueur de la route, mais aussi planifier des défis plus complexes sur la piste d'essai. Aux jonctions intégrées, la nanomachine doit décider de la voie à suivre. "Nous pouvons utiliser nos méthodes pour prédéterminer quel tour la machine doit prendre, " dit Valero avec une vision vers l'avenir.

Bien sûr, les scientifiques ne peuvent pas regarder le petit véhicule à l'œuvre à l'œil nu. En utilisant un microscope à force atomique qui a balayé la structure de surface de la nanomachine, les scientifiques ont pu visualiser les anneaux d'ADN imbriqués. En outre, l'équipe a utilisé des marqueurs fluorescents pour montrer que la "roue" de la machine tournait réellement. Des "balises" fluorescentes le long du trajet des nanotubes s'illuminaient dès que le nano-monocycle les dépassait. Sur la base de cela, la vitesse du véhicule pouvait aussi être calculée :un tour de roue prenait environ dix minutes. ce n'est pas très rapide, mais néanmoins un grand pas pour les chercheurs. « Déplacer la nanomachine dans la direction souhaitée n'est pas anodin, " dit Famulok.

La construction de la machine est basée sur le principe de l'auto-organisation. Comme dans les cellules vivantes, les structures souhaitées apparaissent spontanément lorsque les composants correspondants sont mis à disposition. "Cela fonctionne comme un puzzle imaginaire, " explique Famulok. Chaque pièce du puzzle est conçue pour interagir avec des partenaires très spécifiques. Si vous rassemblez ces pièces dans un même récipient, chaque particule trouvera son partenaire et la structure désirée est automatiquement assemblée.

A présent, les scientifiques du monde entier ont développé de nombreuses nanomachines et nanomoteurs. Mais la méthode développée par l'équipe de Famulok est un principe totalement nouveau. "C'est un grand pas. Il n'est pas facile de concevoir et de réaliser de manière fiable une telle chose à l'échelle nanométrique, " explique le scientifique. Son équipe souhaite développer prochainement des systèmes de nanomoteurs encore plus complexes. " Il s'agit de recherche fondamentale. Il n'est pas possible de voir exactement où cela mènera."

Les applications possibles incluent les ordinateurs moléculaires qui effectuent des opérations logiques basées sur des mouvements moléculaires. En outre, de minuscules machines pourraient transporter les médicaments dans la circulation sanguine précisément là où ils sont nécessaires. "Mais ce sont encore des visions du futur, " dit Famulok.