Des chercheurs conçoivent un nanomoteur à impulsions
Une machine ne mesure qu'un dix millième de millimètre : une soupe d'alphabet sert de carburant
Une équipe internationale de scientifiques dirigée par l'université de Bonn a mis au point un nouveau type de nanomoteur. Il est actionné par un mécanisme astucieux et peut effectuer des mouvements pulsés. Les chercheurs envisagent maintenant de l'équiper d'un accouplement et de l'installer comme moteur dans des machines complexes. Leurs résultats seront publiés dans la revue "Nature Nanotechnology".
Le nouveau type de nanomoteur - avec une ARN polymérase, qui rapproche les deux "poignées" et les relâche ensuite. Cela génère un mouvement pulsé.
© Mathias Centola/Uni Bonn
Ce nouveau type de moteur est similaire à un entraîneur de préhension qui renforce la préhension lorsqu'il est utilisé régulièrement. Toutefois, le moteur est environ un million de fois plus petit. Deux poignées sont reliées par un ressort dans une structure en forme de V.
Dans un appareil d'entraînement à la préhension, vous serrez les poignées l'une contre l'autre contre la résistance du ressort. Lorsque vous relâchez votre prise, le ressort repousse les poignées dans leur position initiale. "Notre moteur utilise un principe très similaire", explique le professeur Michael Famulok de l'Institut des sciences de la vie et de la médecine (LIMES) de l'université de Bonn. "Mais les poignées ne sont pas pressées l'une contre l'autre, elles sont plutôt tirées l'une vers l'autre.
Pour ce faire, les chercheurs ont réutilisé un mécanisme sans lequel il n'y aurait ni plantes ni animaux. Chaque cellule est équipée d'une sorte de bibliothèque. Elle contient les plans de tous les types de protéines dont la cellule a besoin pour remplir sa fonction. Si la cellule veut produire un certain type de protéine, elle commande une copie du plan correspondant. Cette transcription est produite par les ARN polymérases.
Les ARN polymérases sont à l'origine des mouvements de pulsation
Le schéma original est constitué de longs brins d'ADN. Les ARN polymérases se déplacent le long de ces brins et copient l'information stockée lettre par lettre. "Nous avons pris une ARN polymérase et l'avons fixée à l'une des poignées de notre nanomachine", explique M. Famulok, qui est également membre des domaines de recherche transdisciplinaires "Life & Health" et "Matter" à l'université de Bonn. "Nous avons également tendu un brin d'ADN entre les deux poignées. La polymérase s'accroche à ce brin pour le copier. Elle se tire le long du support et la partie non transcrite devient de plus en plus petite. Cela tire petit à petit la deuxième poignée vers la première, tout en comprimant le ressort".
Le brin d'ADN entre les poignées contient une séquence particulière de lettres peu avant sa fin. Cette séquence dite de terminaison signale à la polymérase qu'elle doit lâcher l'ADN. Le ressort peut alors se détendre à nouveau et écarter les poignées. La séquence de départ du brin est ainsi rapprochée de la polymérase et le copieur moléculaire peut entamer un nouveau processus de transcription : Le cycle se répète. "De cette manière, notre nanomoteur effectue une action pulsée", explique Mathias Centola du groupe de recherche dirigé par le professeur Famulok, qui a réalisé une grande partie des expériences.
Une soupe d'alphabet sert de carburant
Ce moteur a également besoin d'énergie, comme n'importe quel autre type de moteur. Celle-ci est fournie par la "soupe d'alphabet" à partir de laquelle la polymérase produit les transcriptions. Chacune de ces lettres (dans la terminologie technique : nucléotides) possède une petite queue composée de trois groupes phosphates - un triphosphate. Pour attacher une nouvelle lettre à une phrase existante, la polymérase doit enlever deux de ces groupes phosphates. Cela libère de l'énergie qu'elle peut utiliser pour relier les lettres entre elles. "Notre moteur utilise donc les nucléotides triphosphates comme carburant", explique M. Famulok. "Il ne peut continuer à fonctionner que lorsqu'un nombre suffisant de triphosphates est disponible.
En surveillant les nanomoteurs individuels, l'un des partenaires de coopération basé dans l'État américain du Michigan a pu démontrer qu'ils effectuent effectivement le mouvement attendu. Un groupe de recherche de l'Arizona a également simulé le processus sur des ordinateurs à grande vitesse. Les résultats pourraient être utilisés, par exemple, pour optimiser le moteur afin qu'il fonctionne à un taux de pulsation particulier.
En outre, les chercheurs ont pu démontrer que le moteur peut être facilement combiné avec d'autres structures. Cela devrait lui permettre, par exemple, de se balader sur une surface, à l'instar d'une chenille qui se tire le long d'une branche dans un style qui lui est propre. "Nous prévoyons également de produire une sorte d'embrayage qui nous permettra de n'utiliser la puissance du moteur qu'à certains moments et de le laisser tourner au ralenti dans le cas contraire", explique M. Famulok. À long terme, le moteur pourrait devenir le cœur d'une nanomachine complexe. "Cependant, il reste encore beaucoup de travail à faire avant d'atteindre ce stade.
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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