Une meilleure façon de bâtir des échafaudages d’ADN
Imaginez pouvoir prendre des brins d’ADN – le matériau qui se trouve dans nos cellules et qui détermine notre apparence et notre fonctionnement – et les utiliser pour construire de minuscules structures capables d’acheminer des médicaments vers des endroits ciblés du corps ou d’élever la miniaturisation électronique à un tout autre niveau.
Même si, pour la plupart d’entre nous, cela relève de la science-fiction, des chercheurs étudient les structures de l’ADN et en percent les mystères depuis des décennies. Au cours des dernières années, les travaux de scientifiques comme ceux d’Hanadi Sleiman, professeure de chimie à l’Université McGill, ont permis de nous rapprocher du jour où les structures d’ADN conçues par l’homme seront utilisées pour le développement d’applications concrètes.
Toutefois, pour mettre au point de telles applications, les chercheurs ont besoin de brins d’ADN de plus en plus longs et de plus en plus complexes, ce qui constitue un problème puisque les systèmes automatisés utilisés pour la fabrication d’ADN synthétique ne peuvent produire de brins contenant plus de 100 bases environ (les substances chimiques qui se lient pour former les brins). Pour assembler les nanotubes utilisés dans des applications telles que les systèmes intelligents de libération de médicaments, il faut parfois des centaines de ces courts brins.
Une méthode plus économique
Toutefois, dans une nouvelle étude dont les résultats ont été publiés le 5 mai dans la revue scientifique Nature Communications, l’équipe de la professeure Sleiman indique qu’elle a mis au point une technique permettant de produire des brins d’ADN beaucoup plus longs, y compris des motifs de séquences conçus sur mesure. Cette approche permet en outre de produire de grandes quantités de ces plus longs brins en quelques heures seulement, ce qui rend le processus susceptible d’être plus économiquement et commercialement viable que les techniques existantes.
Cette nouvelle méthode consiste à rattacher de petits brins les uns après les autres, de façon à ce qu’ils se lient pour ne former qu’un seul long brin d’ADN à l’aide d’une enzyme appelée ligase. Une deuxième enzyme, appelée polymérase, est ensuite utilisée pour générer de multiples copies du long brin d’ADN, ce qui permet d’obtenir d’importantes quantités de matériel. Le processus de polymérisation comporte un avantage additionnel, puisqu’il corrige les erreurs qui auraient pu se produire dans la séquence et n’amplifie que le produit séquencé corrigé et pleine longueur.
Matériel d’ADN conçu sur mesure
L’équipe de chercheurs a utilisé ces brins comme échafaudage pour la fabrication de nanotubes d’ADN, démontrant ainsi que leur technique permet de programmer avec exactitude la longueur et la fonction des tubes. « Nous obtenons finalement un long brin d’ADN synthétique comportant exactement la séquence de bases désirée et le nombre de copies dont nous avons besoin », explique la professeure Sleiman, qui a mené l’étude avec Graham Hamblin, qui vient de finir son doctorat, et le doctorant Janane Rahbani.
« Ces travaux ouvrent la voie à une nouvelle stratégie de conception pour la nanotechnologie ADN », affirme la professeure Sleiman. « Nous pourrions ainsi avoir accès à du matériel d’ADN conçu sur mesure, économique et capable de soutenir la concurrence avec des technologies moins coûteuses, mais moins polyvalentes. À l’avenir, il pourrait être utilisé pour la synthèse adaptée des gènes et des protéines, ainsi que pour de nombreuses applications dans les domaines de la nanoélectronique, de la nano-optique et de la médecine, y compris les aspects diagnostiques et thérapeutiques. »
Partenaires de recherche : Cette étude a été financée par le Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada, le Fonds de recherche du Québec – Nature et technologies, la Fondation canadienne pour l’innovation, les Instituts de recherche en santé du Canada et le Centre de recherche sur les matériaux autoassemblés.
L’article « Sequential growth of long DNA strands with user-defined patterns for nanostructures and scaffolds », par Graham D. Hamblin, Janane F. Rahbani et Hanadi F. Sleiman a été publié en ligne le 5 mai 2015 dans la revue spécialisée Nature Communications.
DOI : 10.1038/ncomms8065
http://www.nature.com/ncomms/2015/150505/ncomms8065/full/ncomms8065.html
PHOTO: La Pre Hanadi Sleiman (à gauche) et Janane Rahbani (à droite) dans leur labo de McGill. CREDIT: Université McGill.