Construire des pistolets Nerf à partir de briques ADN

FDepuis des décennies, les scientifiques ont bricolé l’ADN pour manipuler le code génétique comme modèle biologique. Mais au-delà de son rôle conventionnel, l’ADN constitue un matériau unique pour construction à l’échelle nanométrique.¹ Cette caractéristique a attiré l’attention d’un ancien ingénieur de la NASA devenu YouTuber Marc Rober. Récemment, il s’est associé au biophysicien du Salk Institute Pallav Kosuri pour créer un pistolet nerf microscopique fait d’ADN.

Rober a commencé le projet en construisant un pistolet Nerf 10 000 fois plus petit que la taille standard à l’aide de nanotubes de carbone avec des chercheurs de l’université Brigham Young. Mais Rober voulait aller encore plus loin, alors il a contacté Kosuri pour l’aider à réaliser son plus petit projet à ce jour. Ensemble, ils ont manipulé l’ADN pour créer une version trois millions de fois plus petite d’un Pistolet Nerf.² Leur bioRxiv la prépublication ouvre la voie au développement complexe des nanotechnologies.

« C’était un écart par rapport à ce que nous faisons habituellement ici », a déclaré Kosuri, qui fabrique des outils microscopiques utilisant l’origami d’ADN pour étudier des molécules uniques dans des systèmes biologiques. « Mais cela a fait sensation en suscitant l’enthousiasme des gens quant à la capacité de construire des choses à partir de l’ADN. »

L’origami ADN est un technique qui profite de l’auto-assemblage de l’ADN.³ Il s’agit d’un long échafaudage d’ADN simple brin avec une séquence connue mélangée à des centaines de brins courts et complémentaires qui s’associent à différents endroits pour former des jonctions et des réseaux de formes prédéterminées.

« Nous utilisons l’ADN de la même manière qu’un menuisier utilise le bois. Les arbres ne connaissent rien aux maisons ou aux tables », a déclaré Paul Rothemund, un bio-ingénieur informatique du California Institute of Technology qui a développé l’origami ADN et n’a pas participé à l’étude. Aujourd’hui, les scientifiques utilisent l’ADN comme matériau de construction pour créer des outils destinés à la recherche biologique.

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Pour le pistolet Nerf, Kosuri et son équipe ont rédigé un prototype à l’aide d’un logiciel de conception d’origami ADN couramment utilisé. Ils ont développé quelques itérations pour affiner les proportions afin d’imiter avec précision le modèle Maverick Rev-6 Nerf. « Même s’il ne s’agit pas de l’itération la plus détaillée, nous voulions capturer les proportions générales. Nous voulons regarder cela et voir un pistolet Nerf », a expliqué Kosuri. Le modèle, basé sur le protocole de Rothemund, a fourni un modèle aux chercheurs. Comme une œuvre d’art de décollage, ils ont supprimé des séquences pour former la forme finale du pistolet Nerf.

Ensuite, ils ont mélangé le cocktail de brins d’échafaudage et de base et ont séparé l’origami d’ADN plié avec succès des brins mal pliés. Pour valider le pliage réussi, l’équipe a utilisé l’électrophorèse sur gel d’agarose pour purifier les structures correctement auto-assemblées et la microscopie à force atomique pour caractériser les dimensions attendues. L’équipe a réalisé qu’elle avait réussi à créer la plus petite réplique de pistolet Nerf au monde après avoir confirmé que la structure mesurait 100 nm de long, 2 nm d’épaisseur et avait un canon de 35 nm de large, à quel point ils ont nommé leur création NanoNERF.

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Les chercheurs ont commencé à utiliser l’origami ADN comme une structure en forme de cage pour piéger les virus et comme véhicules pour la délivrance de gènes aux cellules.^4,5 Kosuri estime que concevoir ces appareils à partir de zéro, avec la possibilité de choisir les propriétés souhaitées, telles que la taille et le type de cargaison, constitue une solution potentielle pour des nanotechnologies plus intelligentes.

«Je suis ravi qu’ils l’aient fait. C’est formidable de regarder ce que font les gens (avec l’origami ADN) et dans la mesure où cela stimule l’imagination des enfants qui pourraient décider de se lancer dans l’ingénierie et la conception moléculaires », a déclaré Rothemund. « C’est un (projet) amusant dans la trajectoire du terrain. »

Les références

1. Seeman NC. Jonctions et réseaux d’acides nucléiques. J Théor Biol. 1982;99(2):237-247.
2. Takiguchi LP, et coll. NanoNERF : une réplique de blaster NERF à l’échelle nanométrique faite d’ADN. Préimpression. bioRxiv. 2023;2023.10.02.560388.
3. Rothemund PWK. Plier l’ADN pour créer des formes et des motifs à l’échelle nanométrique. Nature. 2006 ; 440 : 297-302.
4. Monferrer A, et al. Pièges à ADN origami pour les gros virus. Représentant cellulaire Phys. Sci. 2023;4(1):101237.
5. Kretzmann JA, et coll. Origami d’ADN codant pour des gènes pour l’expression de cellules de mammifères. Nat Commun. 2023;14:1017.