Des chercheurs conçoivent un nanomoteur pulsé

Des chercheurs conçoivent un nanomoteur pulsé

Horodatage: 19 octobre 2023 10h37
Nœud source: 2945091
19 octobre 2023 (Actualités Nanowerk) Une équipe internationale de scientifiques dirigée par l'Université de Bonn a développé un nouveau type de nanomoteur. Il est animé par un mécanisme astucieux et peut effectuer des mouvements pulsés. Les chercheurs envisagent désormais de l'équiper d'un accouplement et de l'installer comme entraînement dans des machines complexes.

Faits marquants

  • Les chercheurs ont développé un nouveau type de nanomoteur qui effectue des mouvements pulsés similaires à ceux d'un entraîneur à poignée, mais qui est un million de fois plus petit.
  • Le nanomoteur utilise des ARN polymérases pour se déplacer le long d’un brin d’ADN, rapprochant ses poignées dans un cycle, imitant la fonction des protéines dans les cellules.
  • Ce moteur unique est alimenté par des nucléotides triphosphates, la même source d'énergie utilisée par les cellules pour créer des protéines.
  • Il a été démontré que le moteur peut facilement être combiné avec d’autres structures, ce qui suggère son utilisation potentielle dans des nanomachines complexes.
  • D’autres travaux sont en cours pour optimiser les performances du nanomoteur, notamment le développement d’un système d’embrayage pour contrôler son activité.
    • un nouveau type de nanomoteur doté d'une ARN polymérase, qui rapproche les deux « poignées » puis les libère à nouveau. Cela génère un mouvement pulsé. Le nouveau type de nanomoteur doté d'une ARN polymérase, qui rapproche les deux « poignées » puis les relâche. Cela génère un mouvement pulsé. (Image : Mathias Centola, Université de Bonn)

    La recherche

    Les découvertes de l’équipe sont maintenant parues dans la revue Natural Nanotechnology (« Un nanomoteur ADN-origami à ressorts à lames et à impulsion rythmique qui entraîne un adepte passif »). Ce nouveau type de moteur est similaire à un entraîneur de poignée qui renforce votre adhérence lorsqu'il est utilisé régulièrement. Cependant, le moteur est environ un million de fois plus petit. Deux poignées sont reliées par un ressort dans une structure en forme de V. Dans un entraîneur de poignées, vous serrez les poignées ensemble contre la résistance du ressort. Une fois que vous relâchez votre prise, le ressort repousse les poignées dans leur position d'origine. «Notre moteur utilise un principe très similaire», explique le professeur Michael Famulok de l'Institut des sciences de la vie et des sciences médicales (LIMES) de l'Université de Bonn. "Mais les poignées ne sont pas pressées l'une contre l'autre mais plutôt rapprochées." À cette fin, les chercheurs ont réutilisé un mécanisme sans lequel il n’y aurait ni plantes ni animaux. Chaque cellule est équipée d'une sorte de bibliothèque. Il contient les plans de tous les types de protéines dont la cellule a besoin pour remplir sa fonction. Si la cellule souhaite produire un certain type de protéine, elle commande une copie du plan correspondant. Ce transcrit est produit par les ARN polymérases.

    Les ARN polymérases pilotent les mouvements pulsés

    Le plan original est constitué de longs brins d’ADN. Les ARN polymérases se déplacent le long de ces brins et copient lettre par lettre les informations stockées. "Nous avons pris une ARN polymérase et l'avons fixée à l'une des poignées de notre nanomachine", explique Famulok, qui est également membre des domaines de recherche transdisciplinaires "Vie & Santé" et "Matière" de l'Université de Bonn. « À proximité immédiate, nous avons également tendu un brin d’ADN entre les deux poignées. La polymérase s'accroche à ce brin pour le copier. Il se traîne le long du support et la partie non transcrite devient de plus en plus petite. Cela tire petit à petit la deuxième poignée vers la première, comprimant en même temps le ressort. Le brin d'ADN entre les poignées contient une séquence particulière de lettres peu avant sa fin. Cette séquence dite de terminaison signale à la polymérase qu'elle doit lâcher l'ADN. Le ressort peut maintenant se détendre à nouveau et écarter les poignées. Cela rapproche la séquence de départ du brin de la polymérase et le copieur moléculaire peut démarrer un nouveau processus de transcription : le cycle se répète ainsi. «De cette façon, notre nanomoteur effectue une action pulsée», explique Mathias Centola du groupe de recherche dirigé par le professeur Famulok, qui a réalisé une grande partie des expériences.

    Une soupe à l'alphabet sert de carburant

    Ce moteur a également besoin d’énergie, comme tout autre type de moteur. Elle est apportée par la « soupe à l'alphabet » à partir de laquelle la polymérase produit les transcrits. Chacune de ces lettres (dans la terminologie technique : nucléotides) possède une petite queue composée de trois groupes phosphate – un triphosphate. Afin d'attacher une nouvelle lettre à une phrase existante, la polymérase doit supprimer deux de ces groupes phosphate. Cela libère de l'énergie qu'il peut utiliser pour relier les lettres entre elles. «Notre moteur utilise ainsi des nucléotides triphosphates comme carburant», explique Famulok. "Il ne pourra continuer à fonctionner que lorsqu'un nombre suffisant d'entre eux seront disponibles." En surveillant certains nanomoteurs, l'un des partenaires de coopération basé dans l'État américain du Michigan a pu démontrer qu'ils exécutent réellement le mouvement attendu. Un groupe de recherche en Arizona a également simulé le processus sur des ordinateurs à grande vitesse. Les résultats pourraient être utilisés, par exemple, pour optimiser le moteur afin qu'il fonctionne à un taux de pulsation particulier. De plus, les chercheurs ont pu démontrer que le moteur peut être facilement combiné avec d’autres structures. Cela devrait lui permettre, par exemple, de se promener sur une surface – un peu comme un ver de terre qui se tire le long d'une branche selon son propre style caractéristique. "Nous prévoyons également de produire un type d'embrayage qui nous permettra d'utiliser la puissance du moteur uniquement à certains moments et de le laisser tourner au ralenti", explique Famulok. À terme, le moteur pourrait devenir le cœur d’une nanomachine complexe. « Cependant, il reste encore beaucoup de travail à faire avant d’atteindre ce stade. »

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