Un nouveau procédé chimique facilite la fabrication d'acides aminés qui n'existent pas dans la nature
Toutes les protéines de votre corps sont constituées des mêmes 20 éléments de base appelés acides aminés. Mais ce n'est pas parce que la nature dispose d'une boîte à outils limitée que l'homme ne peut pas l'élargir.
Pent Liu, professeur à l'université de Pittsburgh, et Binh Khanh Mai, chercheur, ont mis au point des acides aminés inédits.
University of Pittsburgh/Tom Altany
Une étude publiée dans Science par une équipe comprenant des chimistes de Pitt décrit une nouvelle méthode puissante pour créer des acides aminés "non naturels", qui pourraient être utilisés dans des thérapies à base de protéines et ouvrir de nouvelles branches de la chimie organique.
"Il s'agit d'une transformation totalement nouvelle : nouvelle pour la nature et nouvelle pour la chimie", a déclaré Peng Liu, professeur de chimie à la Kenneth P. Dietrich School of Arts and Sciences et auteur correspondant de l'article. "Dire à une enzyme de créer une configuration non naturelle d'un acide aminé est inhabituel, et il faut le faire avec une bio-ingénierie minutieuse".
En changeant un seul morceau d'une protéine plus grande, on peut modifier sa forme et ses fonctions. Les acides aminés non naturels sont donc prometteurs pour ouvrir la voie à de nouveaux types de thérapies, comme les antibiotiques ou les immunosuppresseurs, qui utilisent des protéines ou leurs cousins plus petits.
La création de telles molécules en laboratoire est toutefois un processus onéreux et en plusieurs étapes : Les parties de l'acide aminé qui se lient les unes aux autres pour former une chaîne protéique doivent être protégées pendant que les chercheurs transforment chimiquement le reste de la molécule. La réaction décrite dans le nouvel article est toutefois plus simple et plus efficace, et elle offre aux chimistes un niveau de contrôle sans précédent sur l'orientation des groupes d'atomes dans la molécule résultante.
Elle utilise également un outil chimique, une enzyme PLP, d'une manière inhabituelle. Les enzymes sont des protéines qui catalysent les réactions. En général, même lorsque leurs fonctions sont modifiées par la bio-ingénierie, elles ne peuvent qu'accélérer des processus chimiques connus que les chimistes pourraient réaliser par d'autres moyens, même s'ils sont plus lents. Mais associée à un catalyseur moléculaire sensible à la lumière, l'enzyme de cette nouvelle réaction peut faire bien plus que cela.
"On peut dire que les enzymes issues de la bio-ingénierie sont plus efficaces que les catalyseurs à petites molécules, mais elles catalysent la même réaction", explique M. Liu (photo de droite). "Mais il s'agit d'une réaction entièrement nouvelle. Elle n'existait tout simplement pas auparavant.
Le groupe de Liu utilise des simulations informatiques pour comprendre la danse complexe qui se produit dans une réaction chimique au niveau des atomes et des électrons, ajoutant le "pourquoi" au "quoi" découvert par les groupes qui mènent des expériences. Pour cet article, Liu et Binh Khanh Mai, chercheur postdoctoral à Pitt (photo de gauche), ont travaillé avec une équipe de chercheurs de l'UC Santa Barbara dirigée par Yang Yang - une collaboration qui dure depuis 2014, lorsque Yang a passé un été dans le laboratoire de Liu en tant qu'étudiant diplômé invité.
Liu et Mai se sont plongés dans les données fournies par le groupe de Yang pour comprendre comment et pourquoi la réaction a eu lieu, en décryptant les étapes intermédiaires invisibles pour les chimistes. Dans l'une des étapes que le duo a particulièrement étudiée, un électron doit parcourir une distance inhabituellement longue sur son chemin entre deux molécules. "Nous avons dû procéder à une modélisation minutieuse de la probabilité de ce phénomène, car il s'agit d'une étape nouvelle dans la nature, qui sous-tend l'ensemble du mécanisme de réaction", explique M. Liu.
Ces modèles s'appuient sur une énorme puissance de calcul. Liu cite le Center for Research Computing de Pitt comme un ingrédient essentiel de la réussite du laboratoire, car les simulations complexes que le groupe effectue pour comprendre les subtilités des réactions chimiques nécessitent du temps avec des superordinateurs puissants et à la pointe de la technologie.
Malgré cela, certaines questions restent sans réponse, et cet article n'est que la première étape d'une série de collaborations entre les deux équipes. S'il parvient à mieux comprendre les raisons de cette réaction inhabituelle, le groupe de Liu pourrait être en mesure de l'exploiter dans différents contextes pour créer une grande variété de nouveaux outils chimiques, de médicaments, etc.
"On peut penser au nombre de types d'acides aminés non naturels que l'on pourrait fabriquer - il y en a un nombre presque illimité", a déclaré M. Liu. "Pouvons-nous donc utiliser ces connaissances pour développer d'autres nouvelles réactions ?
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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