Inspirés par la façon dont les molécules interagissent dans la nature, les chercheurs médicaux de l'UNSW conçoivent des machines polyvalentes à l'échelle nanométrique pour permettre une plus grande gamme fonctionnelle.

Pour résister aux conditions difficiles au sein des organismes vivants, les machines moléculaires doivent être construites de manière durable pour un fonctionnement continu sur de longues périodes. Dans le même temps, ils doivent s'adapter à des besoins différents et à leur environnement changeant en échangeant rapidement des composants moléculaires pour reconfigurer les machines.

Une équipe, dirigée par A/Prof. Dans la revue ACS Nano, Lawrence Lee du nœud EMBL Australie en science des molécules uniques de l'UNSW Medicine &Health explique comment ils ont conçu et construit des machines moléculaires à échange rapide et stables. .

"Nous avons adopté une approche de biologie synthétique pour résoudre ce problème en construisant une machine nanoscopique artificielle utilisant des composants d'ADN et de protéines. Être capable d'échanger des sous-unités augmente la fonctionnalité, tout comme nous l'observons en biologie", a déclaré A/Prof. Lee, École des sciences médicales de l'UNSW et chercheur au Centre d'excellence en biologie synthétique de l'ARC.

Lui et son équipe ont conçu des machines moléculaires en pliant des brins d'ADN en formes tridimensionnelles, une technique appelée origami d'ADN. Ils ont montré que leurs nanomachines à ADN pouvaient transporter à la fois des cargaisons d'ADN et de protéines, et seraient généralement compatibles avec d'autres biomolécules et nanoparticules. La cargaison se lie à plusieurs sites au récepteur d'ADN et peut être déplacée par une nouvelle cargaison via un processus de liaison compétitif, lorsqu'une autre cargaison est présente en solution.

Un exemple d'une des machines de la nature qui incarne le paradoxe de la stabilité et de l'échange rapide est une machine cellulaire qui fait des copies de l'ADN, le réplisome de l'ADN. Le mécanisme d'échange compétitif utilisé par le réplisome pour obtenir simultanément ces propriétés opposées a été proposé dans une publication antérieure dans Nucleic Acid Research de l'équipe du professeur Antoine van Oijen de l'Université de Woollongong, qui est également co-auteur de la présente étude.

Prof. Lee et son équipe ont maintenant donné vie à cette théorie en utilisant la nanotechnologie de l'ADN et l'ingénierie des protéines. "C'est le premier système synthétique qui utilise ce principe dit d'"échange concurrentiel multi-sites"", a-t-il déclaré.

D'autres mécanismes ont été rapportés qui confèrent la double propriété de robustesse et d'échange rapide, mais jusqu'à présent, cette dichotomie n'était pas possible avec d'autres biomolécules.

"Jusqu'à présent, toutes les machines moléculaires synthétisées à l'aide de la nanotechnologie de l'ADN sont actionnées par l'échange d'un brin d'ADN, mais échanger uniquement de l'ADN est un peu limitant. Nos découvertes élargissent la complexité fonctionnelle disponible pour la nanotechnologie de l'ADN", a déclaré A/Prof. Lee.

Il croit qu'il existe une abondance de connaissances dans la nature que les chercheurs en nanotechnologie peuvent exploiter. "L'échange rapide et le maintien d'une stabilité élevée semblent être deux états incompatibles, pourtant il y a tellement de machines à l'échelle nanométrique de la nature qui se comportent de cette façon."

Le domaine de la nanotechnologie de l'ADN en est encore à ses balbutiements. Bien qu'il existe de nombreux autres défis de conception à surmonter pour que les chercheurs puissent réaliser le plein potentiel des machines moléculaires, la capacité de créer des machines capables d'agir de manière autonome et de s'adapter aux changements de l'environnement en remplaçant différentes biomolécules est un grand pas vers une gamme d'applications, de la construction de matériaux intelligents réactifs au ciblage de l'administration de médicaments thérapeutiques dans les cellules malades, et bien plus encore. + Explorer plus loin

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