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27 Fév, 2024

Le premier moteur protéique synthétique crée son propre carburant lorsqu’il « tond ».

Le premier moteur protéique synthétique crée son propre carburant lorsqu’il « tond ».

The Lawnmower (La tondeuse à gazon en anglais) est le premier moteur moléculaire synthétique qui se propulse en utilisant l’énergie qu’il capte lorsqu’il coupe les protéines. Généré par l’IA à l’aide de DALL-E

L’organisme utilise des moteurs moléculaires à base de protéines pour accomplir des fonctions essentielles à la vie. Aujourd’hui, des chercheurs ont créé « The Lawnmower », le premier moteur synthétique inspiré de ceux que l’on trouve dans la nature et qui se propulse en exploitant l’énergie qu’il crée lorsqu’il traverse des champs de protéines. Ce moteur pourrait transformer le traitement de toute une série de maladies.

« Imaginez qu’un Roomba puisse être alimenté uniquement par la saleté qu’il ramasse », a déclaré Nancy Forde, professeur de physique à l’université Simon Fraser (SFU) et coauteur correspondant d’une étude dans laquelle elle et ses collègues chercheurs décrivent leur création, un moteur moléculaire synthétique qui exploite l’énergie des réactions biologiques pour se propulser.

Tous les organismes vivants, des humains aux bactéries et aux plantes, sont maintenus en vie par des moteurs moléculaires à base de protéines qui convertissent l’énergie d’une forme en forces mécaniques et en mouvements qui permettent la division cellulaire, la livraison de marchandises, le mouvement vers la nourriture ou la lumière, et le maintien de tissus sains. Les chercheurs de la SFU, en collaboration avec l’université de Lund, en Suède, se sont appuyés sur des décennies de recherche sur les moteurs moléculaires observés dans la nature pour réaliser leur nouvelle création.

Schéma du mécanisme de la « tondeuse à gazon »

« Si les règles que nous avons apprises en étudiant les molécules de la nature sont correctes et suffisantes, alors nous devrions être en mesure de construire des moteurs à partir de différentes parties de protéines et de les faire fonctionner de la manière attendue », a déclaré Nancy Forde.

Les chercheurs se sont inspirés d’une classe de moteurs moléculaires connus sous le nom de rochets à pont brûlé (BBR : burnt-bridge ratchets). Les BBR réalisent des mouvements dirigés sur de longues distances en consommant et en détruisant des substrats riches en énergie au cours de leur déplacement, ce qui les empêche de revenir en arrière. À partir de cette inspiration, ils ont créé le premier moteur moléculaire à partir de protéines naturelles, qu’ils ont baptisé « la tondeuse à gazon ».

La tondeuse est une sphère recouverte de trypsine, une enzyme qui aide l’organisme à décomposer les protéines. Une fois qu’elle a atterri sur une surface, les « lames » de trypsine se lient aux peptides, des protéines plus courtes, et les coupent pour les convertir en énergie. L’absence de peptides dans le sillage de la tondeuse à gazon crée un gradient d’énergie libre qui la pousse vers l' »herbe » de peptides non clivés. La tondeuse continue de « tondre », atteignant des vitesses moyennes de 80 nm/s, comparables à celles des moteurs moléculaires biologiques. Les chercheurs ont également découvert qu’en plaçant l’herbe peptidique sur des pistes microfabriquées, la tondeuse à gazon était capable de se déplacer en suivant les pistes.

A. Schéma de la tondeuse à gazon se déplaçant le long d’un canal contenant des peptides. B. Trajectoires des tondeuses à gazon sur les pelouses peptidiques, colorées du vert au rouge pour illustrer l’évolution temporelle du mouvement.

La tondeuse à gazon pourrait avoir des applications importantes en médecine et en bio-informatique. Le dysfonctionnement des moteurs moléculaires dans les neurones est lié à de nombreuses maladies neuronales humaines. Connaître le fonctionnement de ces moteurs dans les états sains et pathologiques pourrait être essentiel pour comprendre et traiter les maladies du motoneurone telles que la sclérose en plaques et la paraplégie spastique. Ils pourraient également être utilisés pour l’administration ciblée de médicaments.

« On pense que la grippe fonctionne comme un moteur moléculaire pour infiltrer la zone autour des cellules afin de les infecter », précise Nancy Forde. « Peut-être que les moteurs synthétiques pourraient utiliser la même approche, mais au lieu d’infecter les cellules, ils pourraient être conçus pour délivrer des médicaments afin de cibler spécifiquement les cellules malades. »

https://www.nature.com/articles/s41467-024-45570-y#Sec16

https://www.sfu.ca/science/news/2024-news/sfu-led-research-team-designs-a-cutting-edge-protein-lawnmower/