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RÉSUMÉ
Très abondante chez tous les organismes, les protéines sont des constituants indispensables à la vie, ce sont des macromolécules naturelles qui possèdent de nombreuses fonctions et d’étonnantes propriétés. Cet article décrit la création par évolution dirigée de biomolécules reconnaissant des nano-objets. Les protéines sont définies comme les réelles actrices moléculaires du vivant. L’évolution dirigée de ces molécules et des peptides est analysée : liaison de chaque protéine à son gène, accélération de l’évolution, etc. Pour terminer, une étude des polypeptides spécifiques de matériaux non biologiques (créés par évolution dirigée) est proposée.
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INTRODUCTION
Les protéines sont les acteurs moléculaires universels du vivant. Ces macromolécules naturelles sont douées de fonctions aussi variées que sophistiquées. On comprend mieux aujourd'hui comment elles sont organisées et d'où viennent leurs étonnantes propriétés. Les chercheurs parviennent désormais à reconstituer artificiellement des processus d'évolution moléculaire et arrivent ainsi à faire émerger de nouvelles biomolécules, protéines ou peptides, capables d'interagir spécifiquement avec des matériaux et des nano-objets. Ces nouvelles molécules s'autoassemblent avec leur surface cible. Elles peuvent être combinées et servir d'interface entre nano-objets ou encore d'interface entre nano-objet et biomolécules. Enfin, il est possible d'exploiter la forme des biomolécules pour contrôler la morphogenèse de nano-objets tels que des nanoparticules ou des nanofils.
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Des polypeptides spécifiques de matériaux non biologiques, créés par évolution dirigée
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2. L'évolution « dirigée » des protéines et des peptides
Il n'est donc pas actuellement possible de concevoir des protéines douées de fonctions nouvelles et utiles parce que si l'on sait produire une protéine quelconque on ne sait pas encore « calculer » la séquence protéique qui donnera la conformation spatiale précise nécessaire pour que la protéine exerce cette fonction. Néanmoins, un ensemble d'approches regroupées sous le terme générique « évolution dirigée des protéines » a été développé pour contourner ce problème et s'est montré d'une efficacité réelle pour créer des protéines aux capacités nouvelles ou améliorées. Ces protéines aux propriétés nouvelles ont été obtenues par évolution dirigée alors qu'aucune autre méthode n'aurait permis de les concevoir ou de les calculer.
L'idée générale de cette approche est de reconstituer artificiellement en laboratoire un processus « darwinien » qui mime le processus d'évolution à l'origine de toutes les protéines naturelles. Celles-ci sont apparues de façon continue depuis l'origine des premières cellules vivantes il y a plus de 3 milliards d'années, par l'accumulation de changements, d'origine aléatoire, dans les séquences d'ADN. Tout changement survenant dans une séquence d'un gène codant une protéine, s'il contribue à une adaptation plus efficace de la protéine, de la cellule ou de l'organisme qui l'héberge tend à favoriser la survie et/ou la reproduction de celui-ci. Au fil des générations, les changements (mutations) conduisant à une meilleure adaptation tendent à se diffuser dans la population alors qu'à l'inverse les changements qui ont un effet défavorable sur les systèmes qui les hébergent tendent à disparaître. La correspondance univoque entre une protéine et la séquence d'ADN qui la décrit dans le génome permet au système d'évoluer ; l'ADN est en quelque sorte la mémoire des essais réussis depuis le début de l'histoire de la vie. Ce processus d'évolution naturelle, bien qu'il n'implique à aucun moment de conception « intelligente » ou rationnelle des protéines ou de leurs gènes, est extraordinairement efficace si l'on en juge par la diversité des protéines dont les organismes vivants sont constitués et par la sophistication extrême des fonctions qu'elles exercent. La principale limite à l'évolution naturelle est bien sûr l'échelle de...
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BIBLIOGRAPHIE
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