Des chercheurs ont découvert un type de mouvement moléculaire jusqu'alors inconnu au sein des gouttelettes d'ADN, ce qui pourrait révolutionner notre compréhension des processus cellulaires et ouvrir la voie à des biomatériaux avancés. Cette découverte pourrait conduire à des avancées significatives en médecine et en science des matériaux.
Des scientifiques de l'Université Johannes Gutenberg de Mayence, de l'Institut Max Planck de recherche sur les polymères et de l'Université du Texas à Austin ont observé que les molécules invitées, lorsqu'elles pénètrent dans des gouttelettes composées de polymères d'ADN, ne diffusent pas de manière aléatoire. Au lieu de cela, elles se déplacent à travers les gouttelettes de manière ordonnée, formant un front net, en forme de vague. « C'est un comportement totalement inattendu », explique Weixiang Chen du Département de chimie de l'Université JGU. Leurs résultats ont été publiés dans la revue Nature Nanotechnology.
Dans le modèle de diffusion classique, les molécules dans les liquides se répandent progressivement. Par exemple, lorsqu'une goutte de colorant bleu est ajoutée à de l'eau, la couleur se disperse lentement. Cependant, les molécules invitées dans les gouttelettes d'ADN se comportent différemment. Selon le professeur Dr. Andreas Walther du Département de chimie de l'Université JGU, « Les molécules se déplacent de manière structurée et contrôlée, ce qui contredit les modèles classiques, ressemblant à une vague moléculaire ou à une frontière en mouvement. »
L'équipe de recherche a utilisé des gouttelettes composées de milliers de brins d'ADN simples, également appelées condensats biomoléculaires. La particularité de ces gouttelettes est que leurs propriétés peuvent être ajustées avec précision en utilisant la structure de l'ADN et des paramètres tels que la concentration en sel. Ces gouttelettes ont également une pertinence dans les cellules biologiques, qui utilisent des condensats similaires pour organiser une biochimie complexe sans membranes. Chen déclare : « Nos gouttelettes synthétiques constituent donc un excellent système modèle pour imiter et mieux comprendre les processus naturels. » Les chercheurs ont introduit des brins d'ADN « invités » spécialement conçus dans les gouttelettes d'ADN, qui pouvaient reconnaître et se lier spécifiquement à l'intérieur des gouttelettes. Le nouveau mouvement des molécules invitées est attribué au principe clé-serrure, où l'ADN ajouté et l'ADN présent dans la gouttelette se lient l'un à l'autre. Cela crée un état dynamique, ce qui est un phénomène totalement nouveau dans les matériaux souples, selon Chen.
Ces découvertes sont importantes non seulement pour comprendre la physique des matériaux souples, mais aussi pour les processus chimiques dans les cellules. Walther suggère : « Elles pourraient être l'une des pièces manquantes du puzzle pour comprendre comment les cellules régulent les signaux et organisent les événements moléculaires. » Ceci est particulièrement intéressant pour le traitement des maladies neurodégénératives, où les protéines migrent des noyaux cellulaires vers le cytoplasme et forment des condensats. Avec l'âge, ceux-ci passent d'un état dynamique à un état plus solide, formant des fibrilles problématiques. Walther conclut : « Il est au moins concevable que ces processus de vieillissement puissent être influencés à l'aide de nos découvertes, ce qui ouvrirait une option de traitement complètement différente pour les maladies neurodégénératives à long terme. »