Chi­mie Quand les na­no­ro­bots de­viennent pro­gram­mables

Des ma­chines mo­lé­cu­laires savent réa­li­ser des tâches sé­quen­tielles, de ma­nière au­to­nome ou non. Un (na­no) pas de géant vers des fonc­tions com­plexes.

La Recherche - - Sommaire - Agnès Ver­net

Pour sor­tir des la­bo­ra­toires et in­té­grer l’industrie, les ma­chines mo­lé­cu­laires doivent ga­gner en au­to­no­mie, être ca­pables de réa­li­ser une tâche consti­tuée de mul­tiples étapes, de­ve­nir de vé­ri­tables na­no­ro­bots. On s’en ap­proche. Le groupe de Da­vid Leigh, à l’uni­ver­si­té de Man­ches­ter, a conçu un ro­bot qui exé­cute une sé­quence de syn­thèses chi­miques en maî­tri­sant la sté­réo­chi­mie des mo­lé­cules pro­duites (1). C’est un pa­ra­mètre très im­por­tant en chi­mie fine, qu’il s’agisse de pro­duire des mé­di­ca­ments ou de créer des ma­tières fonc­tion­na­li­sées. La sté­réo­chi­mie dis­tingue des mo­lé­cules iden­tiques en sé­quence, mais dont l’or­ga­ni­sa­tion spa­tiale va­rie, comme une main gauche dif­fère d’une main droite. La ma­chine mo­lé­cu­laire de l’équipe bri­tan­nique en tient compte. Elle ajoute deux mor­ceaux à une mo­lé­cule qu’elle lie, en tra­vaillant par la droite ou par la gauche se­lon qu’elle pos­sède ou non un pro­ton en plus, ce qui est très fa­cile à in­duire en mo­di­fiant le pH de la so­lu­tion. Ré­sul­tat, avec dif­fé­rents sché­mas de va­ria­tion du pH, elle peut créer les quatre sté­réo-iso­mères po­ten­tiels : droite/droite, gauche/droite, droite/gauche et gauche/gauche. « Ce sys­tème pro­duit des mo­lé­cules dont la syn­thèse est qua­si­ment im­pos­sible par les mé­thodes clas­siques », re­marque Ni­co­las Giu­sep­pone, de l’Ins­ti­tut Charles-Sa­dron (CNRS et uni­ver­si­té de Stras­bourg). En ef­fet, en so­lu­tion, cer­tains sens d’em­bran­che­ments sont fa­vo­ri­sés car ils né­ces­sitent moins d’éner­gie.

Le sys­tème réus­sit à trier des co­lis

Mais le sys­tème de Da­vid Leigh est per­fec­tible. « Le chi­miste in­ter­vient entre chaque étape pour dé­clen­cher la suite, chan­ger le sens du na­no­ro­bot et in­tro­duire les ré­ac­tifs né­ces­saires », ajoute Ni­co­las Gui­sep­pone. En re­vanche, le na­no­ro­bot mis au point à l’Ins­ti­tut de tech­no­lo­gie de Ca­li­for­nie est au­to­nome (2). Consti­tué d’ADN, il se dé­place de ma­nière aléa­toire sur une sur­face, aus­si en ADN. S’il ren­contre un co­lis, une pe­tite mo­lé­cule fluo­res­cente, il la charge. S’il porte dé­jà un co­lis, il passe son che­min. S’il ren­contre un site de dé­pôt, il pose son co­lis et re­part, tou­jours au ha­sard, sauf si le site de dé­pôt est dé­jà oc­cu­pé, au­quel cas il re­prend son dé­pla­ce­ment aléa­toire. Avec deux types de mo­lé­cules fluo­res­centes, cha­cune n’étant com­pa­tible qu’avec un type de dé­pôt, le ro­bot réus­sit à trier les co­lis. « Il s’agit là d’une vraie pro­gram­ma­tion, ex­plique Ni­co­las Gui­sep­pone. Et si le sys­tème sor­tait de l’ex­plo­ra­tion aléa­toire, en mar­quant son che­min par exemple, il ga­gne­rait en ef­fi­ca­ci­té ». On ap­pro­che­rait alors d’une forme d’ap­pren­tis­sage au­to­ma­tique à l’échelle mo­lé­cu­laire…

Vue d’ar­tiste d’une ma­chine mo­lé­cu­laire.

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