Semblable aux langages Python et Java servant pour la programmation en informatique, des chimistes pourraient bientôt être en mesure d’utiliser un ensemble structuré d’instructions afin de « programmer » la façon dont les molécules d’ADN interagissent dans un tube à essai ou une cellule.
Une équipe dirigée par l’Université de Washington a développé un langage de programmation pour la chimie. Son espoir ? Rationaliser les efforts qui auraient comme objectif de concevoir un réseau capable de guider le comportement de mélanges de réactions chimiques, de la même manière que les voitures utilisant des contrôleurs électroniques embarqués de guidage, les robots et d’autres appareils. En médecine, ces réseaux pourraient servir de libérateurs « intelligents » pour les solutions médicamenteuses (au lieu de gélules dissolvantes) ou de détecteurs de maladies à échelle cellulaire.
Cette découverte a été publiée la semaine dernière (29 septembre) dans la revue Nature Nanotechnology.
Les chimistes et enseignants se servent et enseignent les réseaux de réactions chimiques, un langage séculaire d’équations décrivant comment les mélanges de produits chimiques se comportent. Les ingénieurs de l’université se sont accaparés ce langage dans l’objectif de le pousser un peu plus loin et l’utiliser pour écrire des programmes qui dirigent le mouvement de molécules faites sur-mesure.
« Nous commençons à partir d’un extrait, la description mathématique d’un système chimique. Puis, nous utilisons l’ADN pour construire des molécules qui réalisent les dynamiques souhaitées », a déclaré l’auteur Georg Seelig, professeur adjoint de génie électrique, d’informatique et d’ingénierie, également à l’Université de Washigton. « Notre vision est que finalement vous pouvez utiliser cette technologie pour construire des outils à usage général ».
Exemple d’un programme chimique. Ici, A, B et C sont différentes transformations chimiques. © Yan Liang, L2XY2.com
Actuellement, quand un biologiste ou un chimiste conçoit un certain type de réseau moléculaire, le processus d’ingénierie est complexe, lourd et difficile à réutiliser pour construire d’autres systèmes. Les ingénieurs universitaires ont voulu créer un cadre qui donne aux scientifiques une plus grande flexibilité. Seelig assimile cette nouvelle approche à un langage de programmation qui explique à un ordinateur ce qu’il faut faire.
Seeling a expliqué :
Je pense que cela est intéressant parce qu’il permet de résoudre plus d’un problème. Si vous voulez qu’un ordinateur fasse autre chose, vous n’avez juste qu’à le reprogrammer. Ce projet est très similaire en cela où nous pouvons dire à la chimie quoi faire.
Les êtres humains et les autres organismes ont déjà des réseaux complexes de molécules de taille nanométrique qui aident à réguler les cellules et garder le corps en l’état. Les scientifiques sont maintenant aptes à trouver des moyens pour concevoir des systèmes de synthèse qui se comportent à l’identique de ceux biologiques, avec l’espoir que les molécules synthétiques pourraient soutenir les fonctions naturelles du corps. À cette fin, un système est nécessaire pour créer des molécules d’ADN synthétiques qui varient selon leurs fonctions spécifiques.
Cette nouvelle approche n’est pas prête à être appliquée dans le domaine médical. Les utilisations futures pourraient inclure l’utilisation de cet outil pour fabriquer des molécules qui s’auto-assemblent dans les cellules et servent de capteurs « intelligents ». Elles pourraient être intégrées dans une cellule, puis grâce à leur « programme » détecteraient les anomalies et répondraient si nécessaire, en délivrant par exemple des médicaments directement à ces cellules.
Seelig et son collègue Eric Klavins, professeur associé en génie électrique à la même université, ont récemment reçu une enveloppe de deux millions de dollars de la Fondation Nationale des Sciences (USA), comme partie d’une initiative nationale visant à dynamiser la recherche concernant la programmation moléculaire. Seeling a conclut que ce nouveau langage sera utilisé pour soutenir de plus importantes initiatives.
Citations de Phys.Org
Crédit image À-la-Une : Une vue d’artiste montrant des structures d’ADN et un « programme » de réactions chimiques sur l’écran. Un « Ordinateur chimique » exécute le programme moléculaire. © Yan Liang, L2XY2.com
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