Les assemblages d'ADN d'origine biologique ou synthétique intéressent de nombreux domaines (biotechnologie, nano-médecine, nano-photonique, nano-électronique, etc.). Les propriétés d'appariement des nucléobases qui composent l'ADN ont permis de concevoir diverses architectures oligomériques de tailles et formes contrôlées (cages, Legos, origamis, etc.).

Pour maîtriser plus complètement ces nano-assemblages, il serait intéressant de les caractériser de manière la plus exhaustive possible.

• L'électrophorèse sur gel, la chromatographie et la diffusion dynamique de la lumière fournissent le volume moyen des nanostructures.
• Les microscopies à force atomique et électronique permettent d'observer leur surface à l'échelle du nanomètre.

Cependant, ces techniques ne permettent pas d'étudier l'homogénéité ni la stabilité des architectures biomoléculaires en solution ou dans les milieux biologiques. Elles ne donnent pas non plus accès aux informations sur les espèces produites au cours de l'auto-assemblage.

Dans ce contexte, les chercheurs de l'Irig et leurs partenaires ont assemblé des nanostructures tétraédriques d'ADN et exploré des voies alternatives de caractérisation. Pour cela, ils ont mobilisé un ensemble d'expertises au sein du consortium, allant des méthodes de synthèses chimiques et biochimiques, aux analyses spectroscopiques par résonance paramagnétique électronique (RPE) en mode pulsé, qu'ils ont complétées par des simulations numériques de dynamique moléculaire.

Accord parfait

En particulier, la maîtrise de l'ingénierie biomoléculaire développée à l'Irig depuis des années au sein de la plateforme BIOMade a permis aux chercheurs de synthétiser et de construire des nano-tétraèdres d'ADN, puis de marquer précisément leurs sommets à l'aide de sondes radicalaires (nitroxydes) par « chimie click ». Ces réactions chimiques ont lieu dans des conditions douces, ne forment pas de sous-produit et présentent une importante sélectivité ainsi qu'un rendement élevé.

La distance entre deux sommets des tétraèdres a pu être mesurée par spectroscopie par double résonance paramagnétique électronique et comparée à une simulation numérique de dynamique moléculaire. L'accord est parfait : 5,6 nm !

Les nouveaux outils de synthèse et d'analyse mis en œuvre dans cette étude pourront permettre de préparer d'autres assemblages à partir de biopolymères et développer des architectures dynamiques, comme par exemple des nanomachines chimio, photo ou bio-activables.

Ces travaux ont été réalisés en collaboration avec les Universités de Lille et de Padoue (Italie) et l'ENS Paris.