Des défauts membranaires conçus en laboratoire avec des bords en spirale vers le bas donneraient des biomolécules comme l'ADN, L'ARN et les protéines n'ont d'autre choix que de s'enfoncer dans un nanopore pour la livraison, tri et analyse. Crédit :Manish Shankla
En observant la production de membranes poreuses utilisées pour le tri et le séquençage de l'ADN, Des chercheurs de l'Université de l'Illinois se sont demandé comment de minuscules défauts en escalier formés lors de la fabrication pouvaient être utilisés pour améliorer le transport des molécules. Ils ont découvert que les défauts, formés par le chevauchement des couches de membrane, font une grande différence dans la façon dont les molécules se déplacent le long d'une surface membranaire. Au lieu d'essayer de corriger ces défauts, l'équipe a décidé de les utiliser pour aider à diriger les molécules dans les pores de la membrane.
Leurs conclusions sont publiées dans la revue Nature Nanotechnologie .
Les membranes à nanopores ont suscité un intérêt pour la recherche biomédicale, car elles aident les chercheurs à étudier des molécules individuelles, atome par atome, en les tirant à travers les pores pour une caractérisation physique et chimique. Cette technologie pourrait à terme conduire à des dispositifs capables de séquencer rapidement l'ADN, ARN ou protéines pour la médecine personnalisée.
En 2014, Le professeur de physique de l'Université de l'Illinois, Aleksei Aksimentiev, et l'étudiant diplômé Manish Shankla ont démontré une membrane de graphène qui contrôlait le mouvement d'une molécule à travers un nanopore au moyen d'une charge électrique. Ils ont découvert qu'une fois les molécules à la surface de la membrane, il est très difficile de les faire pénétrer dans les pores de la membrane car les molécules aiment coller à la surface.
Pendant un congé sabbatique à l'Université de technologie de Delft aux Pays-Bas, Aksimentiev a découvert que l'ADN a tendance à s'accumuler et à coller le long des bords des défauts formés par la fabrication qui se produisent sous forme d'étapes linéaires s'étendant sur la surface de la membrane. L'objectif de l'équipe de l'Illinois était de trouver un moyen d'utiliser ces défauts pour diriger les molécules coincées dans les nanopores, comme principe qui peut également s'appliquer à la livraison, tri et analyse de biomolécules.
Pour affiner et confirmer leurs observations, les chercheurs ont utilisé le supercalculateur Blue Waters du National Center for Supercomputing Applications de l'Illinois et le supercalculateur XSEDE pour modéliser les scénarios de mouvement du système et des molécules au niveau atomique.
