Une équipe de scientifiques d'Allemagne et de Chine a partagé les résultats d'une expérience incroyable. Les scientifiques ont créé un nanobot d'ADN, composé d'une seule molécule, et l'ont lancé dans un labyrinthe bidimensionnel, conçu sur le principe de l'origami. Le soi-disant navigateur ADN a réussi à trouver une issue.
Rappelez-vous que la technologie de l'origami à ADN vous permet de créer diverses structures à partir de brins d'ADN. Cela est possible du fait que les longues molécules d'ADN sont composées de nucléotides qui forment des paires: adénine avec thymine, cytosine avec guanine. En spécifiant la séquence de nucléotides dans la chaîne, vous pouvez vous assurer qu'elle se pliera et se fixera aux bons endroits et au bon angle. De cette manière, vous pouvez créer un nombre infini de structures.
Dans ce cas, une équipe dirigée par Friedrich Simmel de l'Université technique de Munich et Chunhai Fan de l'Académie chinoise des sciences a utilisé la technologie de l'origami à ADN pour créer un labyrinthe qui ressemble à un arbre mathématique. Dans ce cas, les «passages» du labyrinthe comportent des agrafes dites d'ADN, auxquelles une autre molécule peut se fixer. Dans le même temps, les zones sans ces «indices» servent de «murs».
Il est précisé que le labyrinthe résultant est structurellement équivalent à un arbre enraciné à dix sommets (le diagramme est présenté ci-dessous). Il contient une entrée et une sortie.
Un labyrinthe est structurellement équivalent à un arbre enraciné à dix sommets. Vertex A marque l'entrée. Les itinéraires possibles sont indiqués en rouge, mais un seul (à droite) est correct. Illustration par Nature Materials.
Les auteurs de l'ouvrage expliquent que le petit appareil qu'ils ont créé s'appelle un marcheur d'ADN. Il passe par des réactions en chaîne d'hybridation d'ADN (la combinaison d'acides nucléiques monocaténaires appropriés en une molécule).
Selon lui, un tel mécanisme offre la possibilité de tourner dans les passages du labyrinthe. En conséquence, si plusieurs nanobots d'ADN sont lancés dans une telle structure, chacun d'eux pourra explorer indépendamment l'une des voies possibles, ce qui fournira une recherche parallèle en profondeur d'abord (c'est l'une des méthodes pour parcourir le graphe).
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Pour aider le nanobot d'ADN à choisir le seul chemin correct parmi de nombreuses options, les scientifiques ont modifié chimiquement le haut de l'arborescence représentant la sortie.
Pour aider le nanobot d'ADN à choisir le bon chemin parmi une variété d'options, les scientifiques ont modifié chimiquement la sortie du labyrinthe. Illustration par Nature Materials.
Au cours des expériences, les spécialistes ont observé les mouvements des navigateurs d'ADN à l'aide d'un microscope à force atomique à balayage et d'un microscope à très haute résolution. La première méthode permet de suivre les routes pavées et les zones que le marcheur ADN n'a pas encore visitées. La deuxième méthode fournit une visualisation fluorescente de l'itinéraire avec une résolution nanométrique.
Les chercheurs sont convaincus que ce type de développement contribuera à élargir les opportunités dans le domaine de la nanotechnologie, de l'auto-assemblage biomoléculaire et de l'intelligence artificielle. De tels navigateurs d'ADN peuvent être utilisés pour stocker et transmettre des informations, ainsi qu'en médecine, pour le diagnostic et le traitement de diverses maladies, y compris l'oncologie.
Ces travaux sont décrits plus en détail dans un article publié dans la revue Nature Materials.
Yulia Vorobyova
