Cette passionnante revue de la littérature menée à l’Université du Danemark du Sud défriche un domaine émergent, vieux de moins de 10 ans, celui des « nanostructures hybrides peptide-ADN », un domaine à la base de la création de « vie artificielle ». Avec des implications « durables » en termes de diagnostic, de prévention et de thérapeutique, dont des formes de vie artificielle pouvant diagnostiquer et traiter des maladies ou combattre certains virus pathogènes qui n'ont pas d'ennemi naturel.
Ces travaux, publiés dans la revue Cell Reports Physical Science, concourent à développer des nanomachines hybrides, des vaccins viraux et d’autres formes de vie artificielle pour aider la société à lutter durablement contre les maladies les plus difficiles à guérir.
« Il serait logique et utile de créer une forme de vie artificielle qui pourrait devenir l’ennemi des pathogènes »,
des nanorobots chargées de médicaments ou de marqueurs diagnostiques envoyés dans le corps des patients. Développer certaines formes de vie artificielle, de taille nanométrique, promet ainsi de multiples applications dans les soins de santé, de la détection et du diagnostic au traitement et à la prévention.
Les scientifiques de l'Université du Danemark du Sud et de l'Université de Kent, pionniers du domaine émergent domaine des nanostructures hybrides peptide-ADN sont déjà « les parents »
d'une molécule hybride artificielle spéciale qui pourrait conduire à la création d’autres formes de vie artificielle.
- L’objectif, dans un premier temps est de créer des vaccins viraux artificiels (à base de virus atténué ou modifié) permettant de diagnostiquer et de prévenir les maladies. Ils nous expliquent que dans la nature, la plupart des organismes ont des ennemis naturels, mais certains n'en ont pas. Par exemple, certains virus pathogènes n'ont pas d'ennemi naturel. Il serait donc logique de créer une forme de vie artificielle qui pourrait devenir leur ennemi. De telles formes de vie artificielle pourraient agir comme des vaccins contre les infections virales. Un vaccin viral artificiel pourrait ainsi être disponible d'ici environ 10 ans.
- Dans un deuxième temps, la même technologie pourrait donner lieu à des nanorobots chargés de médicaments ou d'éléments de diagnostic et injectés dans le corps d'un patient.
- La cellule artificielle constitue un troisième objectif, complexe, elle est constituée de nombreux éléments qui doivent être contrôlés avant de pouvoir commencer à les utiliser. Mais les scientifiques font ici le pari, qu’avec les connaissances actuelles, il n’existe aucun obstacle sur le papier, à la production d'organismes cellulaires artificiels.
Quels sont les éléments de base nécessaires à créer une vie artificielle ? La nature utilise à la fois l’ADN et les peptides pour construire les diverses machineries de protéines présentes dans les cellules, qui leur permettent d’évoluer en organismes.
L’ADN et les peptides font partie des biomolécules les plus importantes dans la nature,
ce qui fait de la technologie de l’ADN (recombinant) et de la technologie des peptides (autoassemblage), les 2 outils moléculaires les plus puissants de la boîte à outils nanotechnologique actuelle :
- la technologie de l'ADN permet un contrôle précis de la programmation, du niveau atomique au niveau macro, mais ne peut programmer que des fonctions chimiques limitées puisqu'elle ne comporte que quatre bases : A, C, G et T ;
- la technologie des peptides, en revanche, peut permettre des fonctions chimiques suffisantes à grande échelle, car il y a 20 acides aminés avec lesquels travailler.
De premières nanostructures hybrides peptide-ADN :
- La même équipe de l’Université de Kent a récemment réussi à relier des structures d'ADN à 3 brins avec des structures peptidiques à 3 brins et à créer ainsi une molécule hybride artificielle qui combine les propriétés des deux types de biomolécules ;
- d’autres équipes travaillent également connecter l’ADN et des peptides, car cette connexion constitue une base solide pour le développement d’entités biologiques et de formes de vie plus avancées :
- ainsi, une équipe de l’Université d’Oxford vient de développer une nanomachine composée d’ADN et de peptides capables de percer une membrane cellulaire, créant ainsi un canal membranaire artificiel à travers lequel de petites molécules peuvent passer. Une voie bien connue pour briser l’intégrité de certains agents pathogènes.
- Une équipe de l'Arizona State University a développé une technique d’autoassemblage d’ADN et de peptides en structures 2D et 3D ;
- à l’Université Northwestern (Chicago), des chercheurs produisent des microfibres en conjonction avec l’autoassemblage de l’ADN et des peptides ;
- à l’Université Ben Gourion du Néguev, une équipe a utilisé des molécules hybrides pour créer une structure sphérique nanométrique, contenant des médicaments contre le cancer et qui pourrait être utilisée pour cibler les tumeurs cancéreuses.
Si ces recherches peuvent paraître encore très expérimentales, elles laissent entrevoir, selon ces experts, la création dans le futur de nanomachines hybrides ou plus largement de formes de vie artificielles qui permettraient aux humains, et à la société de lutter contre les maladies les plus difficiles à traiter.
Une révolution, bien durable car inépuisable, dans le domaine des soins de santé.
Sources:
- Cell Reports Physical Science 5 Oct, 2023 DOI : 16/j.xcrp.2023.101620 Peptide-DNA conjugates as building blocks for de novo design of hybrid nanostructures
- Nature Communications 10 January 2022 DOI: 10.1038/s41467-021-27708-4 Chirality transmission in macromolecular domains
- Nature Nanotechnologies 28 April 2022 DOI: 10.1038/s41565-022-01116-1 Highly shape- and size-tunable membrane nanopores made with DNA
- Journal of the American Chemical Society 2020 DOI : 10.1021/jacs.9b11158 Hierarchical Assembly of Nucleic Acid/Coiled-Coil Peptide Nanostructures
- Science 4 Oct, 2018 DOI: 10.1126/science.aat6141 Reversible self-assembly of superstructured networks
- Chemistry Europe 5 May, 2018 DOI : 10.1002/chem.201800500 Functional Assemblies Emerging in Complex Mixtures of Peptides and Nucleic Acid–Peptide Chimeras
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