Des nanopores révolutionnaires à image miroir ouvrent la porte à de nouvelles applications biomédicales

Pour la première fois, des chercheurs ont réussi à fabriquer et à caractériser un nanopore à image miroir entièrement fonctionnel, une passerelle moléculaire entièrement construite à partir d’acides aminés D, les formes en image miroir des éléments constitutifs naturels des protéines. Les travaux, dirigés par le professeur Kozhinjampara R. Mahendran du Rajiv Gandhi Center for Biotechnology (Inde) en collaboration avec Constructor University et d’autres partenaires, démontrent non seulement une étape majeure dans la nanoscience, mais ouvrent également la voie à des applications biomédicales prometteuses, y compris des thérapies potentielles contre le cancer.

Dans la nature, les protéines sont presque exclusivement construites à partir d’acides aminés L, tandis que leurs homologues d’acides aminés D ne jouent généralement que des rôles mineurs. Construire des protéines entières à partir d’acides D-aminés est extrêmement difficile, mais offre des avantages frappants : de telles structures en image miroir sont souvent plus résistantes à la dégradation et peuvent interagir différemment avec les systèmes biologiques.

Dans cette étude, l’équipe a conçu un pore synthétique stable et bien défini du peptide D appelé DpPorA. Remarquablement, en modifiant la répartition des charges, ils ont pu créer des versions supérieures de ces pores avec une conductance et une sélectivité améliorées dans différentes conditions salines.

Des expériences ont révélé que ces pores peuvent détecter un large spectre de biomolécules au niveau d’une seule molécule, notamment des peptides, des sucres cycliques et certaines protéines, dont une qui est au cœur de la recherche sur la maladie de Parkinson. L’imagerie par fluorescence a confirmé que les pores forment de grands canaux flexibles dans les membranes, permettant le transport des molécules en fonction de la taille.

“Nos simulations ont fourni l’image au niveau moléculaire nécessaire pour prouver que ces pores en image miroir sont les homologues exacts de leurs analogues naturels”, déclare le professeur Ulrich Kleinekathöfer, professeur de physique à l’université Constructor de Brême et co-auteur de l’étude publiée dans Communications naturelles. “Cette compréhension était essentielle pour expliquer les expériences et guidera la conception de variantes de pores améliorées à l’avenir.”

Les simulations effectuées par les scientifiques de la Constructor University ont été essentielles pour vérifier l’architecture du pore en image miroir. En comparant le pore D avec son homologue L naturel, les études de dynamique moléculaire ont confirmé que les deux sont des réflexions structurelles parfaites, tout en expliquant également les différences subtiles de conductance et de sélectivité observées dans les expériences.

“Le travail informatique nous a donné l’assurance que nous regardions effectivement un véritable pore en image miroir”, explique le Dr Kalyanashis Jana, chercheur postdoctoral dans le groupe de Kleinekathöfer et également premier auteur de l’article.

Au-delà de la science fondamentale, les résultats suggèrent un potentiel biomédical passionnant. Dans les études cellulaires, les pores en image miroir marqués par fluorescence ont montré de puissants effets de perturbation de la membrane dans les cellules cancéreuses, mais n’ont eu aucun impact sur les cellules normales, ce qui laisse présager une cytotoxicité sélective qui pourrait un jour être exploitée pour le traitement du cancer.

L’étude reflète également la continuité de la collaboration scientifique au-delà des frontières et des générations. Mahendran et son collègue, le Dr Harsha Bajaj, ont obtenu leur doctorat auprès du professeur Mathias Winterhalter à l’ancienne université Jacobs de Brême (aujourd’hui Constructor University). Aujourd’hui, ils continuent de collaborer avec les scientifiques de la Constructor University, illustrant ainsi les réseaux d’expertise durables qui stimulent le progrès scientifique.