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Décodage de la structure électronique de l'ADN

Industrie et  Technologies
Cette découverte devrait déboucher sur de multiples applications en médecine comme la réparation des liens ADN endommagés par les rayons ultraviolets et même dans l'industrie pour la conception d'ordinateurs ultra puissants.


Des scientifiques de l'Université Hébraïque de Jérusalem, en collaboration avec une équipe internationale, ont révélé, pour la première fois, la structure électronique de molécules simples d'ADN. Ils ont utilisé pour cela une technique qui combine des mesures à basses températures et des calculs théoriques.

La recherche des propriétés électroniques de l'ADN fait l'objet de travaux scientifiques depuis de nombreuses années, tant en biochimie qu'en nanotechnologie, entre autres, pour l'étude des dommages à l'ADN dus aux rayonnements ultraviolets qui génèrent des radicaux libres produisant des mutations génétiques. Dans ces cas, la réparation de l'ADN se fait spontanément via un transfert de charge électronique le long de la spirale d'ADN et reconstitue les liens moléculaires endommagés.

Dans le domaine de la nano-bioélectronique, champ de recherche avancé consacré à l'étude des molécules biologiques pour produire, par exemple, des nanocircuits électriques, il a été suggéré que l'ADN ou ses dérivées peuvent être utilisées comme des câbles moléculaires conducteurs dans la conception d'ordinateurs s'appuyant sur des réseaux moléculaires de calculs, plus petits et plus efficaces que ceux obtenus aujourd'hui avec du silicium.

Une collaboration internationale

« Le savoir acquis dans ce projet peut s'appliquer aux essais actuels visant à développer des moyens nouveaux, sophistiqués, fiables, plus rapides et meilleur marché pour décoder les séquences de l'ADN humain », souligne l'équipe de recherche.

Cette découverte, publiée dans le Nature Materials, résulte de la collaboration d'une équipe internationale conduite par Erez Shapir, un étudiant du Professeur D. Porath du Département de Chimie Physique et du Centre interdisciplinaire pour la recherche en Nanosciences et en Nanotechnologies de l'Université Hébraïque de Jérusalem qui a dirigé ce projet ; du Dr. Rosa Di Felice du Centre S3 de l'INFM-CNR (Institut national de physique des matériaux) de Modena (Italie) ; du Professeur Alexandre Kotlyar de l'Université de Tel-Aviv, qui a synthétisé les molécules ; du Consortium Universitaire italien CINECA (l'un des plus importants centres de calcul au monde) ; et du Professeur Gianaurelio Cuniberti de l'Université de Regensburg (Allemagne).

Au cours de leurs travaux, les chercheurs ont pu décoder la structure électronique de l'ADN et comprendre comment les électrons se répartissent dans la double hélice. Cette question, étudiée par des scientifiques du monde entier durant de nombreuses années, était restée jusque là sans réponse, du fait de difficultés techniques.

De l'ADN à -195°c

Ce projet a finalement abouti grâce à la collaboration de scientifiques expérimentaux et théoriques qui ont réussi à déposer des molécules d'ADN longues et homogènes à moins 195 degrés Celsius sur un substrat d'or. Ils ont pu mesurer le courant qui traverse les molécules déposées grâce à un microscope à effet tunnel à balayage (STM).

Puis, au moyen de calculs théoriques basés sur la solution d'équations quantiques, ils ont obtenu la structure électronique de l'ADN correspondant au courant mesuré. Ces résultats suggèrent aussi une identification des parties de la spirale double qui contribuent au flux de charge le long de la molécule.

Notons qu'une équipe française de physiciens dirigée par Ulrich Bockelmann, du Laboratoire Pierre Aigrain (Ecole Normale Supérieure - CNRS - Universités Paris 6 et 7), avait déjà démontré dans un article paru dans la revue Applied Physics Letters datée du 01 mars 2004, qu'il était possible de réaliser une détection purement électronique de l'ADN, grâce à des réseaux de transistors en silicium.

Jean-François Prevéraud

Pour en savoir plus : http://www.universite-hebraique-jerusalem.fr & http://www2.cnrs.fr

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