Le laboratoire de Cheryl Kerfeld de la Michigan State University a créé une usine synthétique de taille nanométrique, basé sur ceux naturels trouvés dans les bactéries. Cette recherche pourrait un jour conduire à de nouvelles recherches médicales, applications industrielles ou bioénergétiques.

La nouvelle étude est publiée dans Ingénierie métabolique .

On trouve des nano-usines naturelles dans les bactéries partout sur la planète. Certains fabriquent des nutriments. D'autres séquestrent des matières toxiques qui, autrement, rendraient les bactéries malades, voire mourraient.

Mais toutes les usines partagent un extérieur commun, une coquille faite de tuiles de protéines. Les scientifiques veulent concevoir de nouvelles usines, basé sur ceux trouvés dans les bactéries naturellement, pour une utilisation en biotechnologie.

Une façon de diriger des enzymes utiles vers ces usines est de les attacher physiquement aux extrémités des protéines qui composent les coquilles des usines. Mais il ya un hic.

Les fins, ou terminus, de la plupart des tuiles de protéines de coquille font face à l'extérieur d'une usine. Ainsi, toutes les molécules fusionnées aux extrémités des protéines se retrouveront sur la surface extérieure et non à l'intérieur. C'est un problème si le but est de garder une ou plusieurs enzymes à l'intérieur d'une usine séparée du reste de la cellule.

"Afin d'envoyer des protéines à l'intérieur de l'usine, nous avions besoin d'un nouveau type de bloc de construction qui s'assemblait toujours en coquilles, " a déclaré Bryan Ferlez, chercheur post-doctorant au laboratoire de Kerfeld. "Nous avons cherché à reconcevoir une protéine de coquille de sorte que ses extrémités soient tournées vers l'intérieur. Le résultat final est que la cargaison connectée à cette protéine de coquille se retrouverait également à l'intérieur de la coquille."

Dans la nouvelle étude, les scientifiques prennent la protéine de coquille la plus abondante, appelé BMC-H, et le retourner à l'envers grâce à une technique appelée permutation circulaire.

Ils mélangent les segments de la séquence d'acides aminés et collent les extrémités d'origine ensemble. Ils introduisent ensuite de nouvelles terminaisons sur la face interne de la protéine. Le résultat est un nouveau, protéine de coquille synthétique qui semble presque identique à son homologue naturel. Sauf maintenant, les deux nouvelles extrémités font face à l'intérieur de la coque.

La nouvelle structure est un bloc de construction utilisable pour construire des coques d'usine. Les scientifiques ont réussi à produire des coquilles d'usine, avec la nouvelle protéine. Leur taille et leur apparence sont similaires aux coquilles d'origine.

La nouvelle structure peut incorporer des molécules à l'intérieur de la coque. L'équipe a testé le concept en fusionnant une protéine cargo fluorescente à la nouvelle protéine BMC-H. La microscopie et les tests biochimiques montrent la cargaison à l'intérieur de la coque.

Les scientifiques peuvent contrôler la quantité de cargaison importée dans la nouvelle structure.

"En fabriquant plus ou moins la nouvelle protéine BMC-H avec une protéine fluorescente fusionnée à son extrémité, nous avons également pu contrôler la quantité de cargaison qui s'incorpore dans la coque, ", a déclaré Ferlez.

Prochain, Ferlez veut cibler des molécules "utiles" dans une usine synthétique fabriquée avec la nouvelle protéine de coque.

"Nous pouvons commencer à construire des voies métaboliques, ou des chaînes de montage, et définir les quantités et les emplacements des enzymes au sein de ces nano-usines. Un jour, nous pourrions utiliser ce système pour améliorer la production de caoutchouc, biocarburants, et d'autres marchandises, " expliqua Ferlez.