Des chercheurs nous révèlent comment la vitesse d’un polymère d’ADN change lorsqu’il se déplace à travers un trou de taille nanométrique, ouvrant ainsi la voie à la conception de capteurs à nanopores plus performants.
Lorsque nous évoquons polymères, la plupart d’entre nous pensent au polyester que l’on trouve dans bon nombre de nos vêtements, au polyéthylène utilisé pour l’emballage alimentaire ou au téflon utilisé pour fabriquer nos ustensiles de cuisine antiadhésifs. Pourtant, les polymères sont également présents dans la nature, dans la cellulose, les protéines et même l’ADN.
Les polymères sont définis comme de grandes molécules constituées de longues chaînes de molécules plus petites. Lorsqu’ils sont véhiculés à l’intérieur et entre les cellules, les polymères tels que l’ADN doivent passer par des pores de taille nanométrique, dits nanopores. Outre le fait qu’il sous-tend de nombreux processus biologiques, le transport des polymères est également à la base d’un large éventail de technologies de détection utilisées pour la détection et le séquençage de molécules uniques d’ADN.
Des chercheurs, soutenus en partie par le projet DesignerPores financé par l’UE, ont mis au point une nouvelle technique permettant de mesurer l’évolution de la vitesse de l’ADN lorsqu’il se déplace au travers d’un nanopore. Leur étude a été publiée dans «Nature Physics».
Qualifiée de «similaire aux LEGO» dans un article publié sur «Phys.org», la technique consiste à «assembler des molécules d’ADN qui présentent des bosses saillantes à des endroits spécifiques de leur longueur». L’équipe de recherche a fait passer les molécules à travers un nanopore et a observé la manière dont le modèle de flux ionique changeait. Cela leur a permis d’observer avec précision le changement de vitesse de l’ADN au cours du processus.
Les résultats ont mis en évidence deux phases de comportement. Dans un premier temps, l’ADN a ralenti au fur et à mesure qu’il se déplaçait dans le nanopore, puis il a accéléré à l’approche de la fin du processus. Les simulations ont révélé que le comportement de l’ADN changeait en fonction de la friction entre le polymère et le fluide environnant.«Notre méthode d’assemblage de règles d’ADN moléculaires de type LEGO a permis de mieux comprendre le processus d’enfilage des polymères dans des trous incroyablement petits ne mesurant que quelques nanomètres», observe l’auteur principal, le Dr Nicholas Bell, du Cavendish Laboratory de l’université de Cambridge, hôte du projet DesignerPores. «La combinaison d’expériences et de simulations a permis de dresser un tableau complet de la physique sous-jacente de ce processus et facilitera le développement de biocapteurs basés sur les nanopores. Il est passionnant de pouvoir désormais mesurer et comprendre ces processus moléculaires dans leurs moindres détails.»
Selon l’auteur en chef, le Dr Kaikai Chen, également du Cavendish Laboratory, «ces résultats contribueront à améliorer la précision des capteurs à nanopores dans leurs diverses applications, par exemple la localisation de séquences spécifiques sur l’ADN avec une précision nanométrique ou la détection précoce de maladies avec la détection de l’ARN cible».
Kaikai Chen poursuit: «La résolution supérieure apportée à l’analyse des molécules passant par les nanopores permettra un décodage avec peu d’erreurs des informations numériques stockées sur l’ADN. Nous explorons et améliorons l’utilité des capteurs à nanopores pour ces applications.»
L’équipe de recherche comptait également des scientifiques de l’université du Massachusetts, aux États-Unis. Le projet DesignerPores (Understanding and Designing Novel NanoPores), d’une durée de six ans, a pris fin en juin 2021.
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