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Fait marquant

La nature du Ginkgo biloba ouvre les portes du nano-monde


En utilisant la protéine LEAFY, nous avons réussi à développer un support de multicouches en forme d’alvéoles fonctionnalisables présentant des motifs inférieurs à 10 nm. Cette protéine s’avère pouvoir être utilisée comme une plate-forme polyvalente dont les propriétés pourront être exploitées dans des recherches avancées en biotechnologies, en nanoélectronique, en biocatalyse ou dans le domaine des biocapteurs.

Publié le 20 décembre 2021
L’organisation de la matière à l’échelle nanométrique a une forte influence sur ses propriétés. Par exemple, la course à la performance des puces électroniques, grâce à la miniaturisation des transistors et l'accroissement de leur densité, a permis de réduire la consommation électrique tout en augmentant la puissance de calcul des micro-processeurs. Ces progrès de la microélectronique, dus à l’organisation de la matière à l’échelle nanométrique, peuvent s'appliquer à bien d'autres domaines comme les batteries, les panneaux photovoltaïques, les biocapteurs …

La nano-organisation de la matière peut être réalisée en utilisant deux types d’approches. La première approche, dite « top-down », est la plus répandue. Elle consiste à reprendre un bloc de matière massif pour le tailler le plus finement possible, exactement comme un bloc de pierre serait sculpté par un artiste. Avec cette méthode de gravure, il est possible d’obtenir des motifs d'environ 20 nm, mais il devient très difficile de faire encore plus petit. La seconde approche, dite « bottom-up », repose sur l'assemblage élémentaire des atomes, à l’image de briques de Lego™, pour obtenir au final une construction organisée. Cette méthode s’inspire des assemblages moléculaires que l’on trouve dans la nature. Mais les inconvénients d’une telle méthode résident dans la difficulté à réaliser des assemblages multicouches et dans la faible capacité de greffage de ces couches.
Pour remédier aux inconvénients de l’approche « bottom-up », nous cherchons à synthétiser des matériaux nano-structurés multicouches présentant une forte capacité de greffage. Pour cela, nous avons sélectionné une protéine de l'arbre Ginkgo biloba, la protéine LEAFY. Cette protéine présente un domaine d'oligomérisation capable de s'auto-assembler naturellement en trois dimensions (3D) pour former des polymères hélicoïdaux (Figure) correspondant à l’empilement de 40 couches de protéines. Ces polymères s'imbriquent les uns aux autres pour former une structure 3D en nids d'abeille avec des motifs espacés de 8 nm, ce qui représente un gain considérable par rapport à ce qui peut être obtenu par une approche « top-down ». Ensuite, grâce à une partie modulable du domaine d’oligomérisation qui se trouve au sein de chaque pore du nid d’abeille, il devient possible de former des liaisons avec une grande variété de ligands, à l’image des plots en nickel (Figure).

Ainsi, nous avons réussi à développer un support de multicouches en forme d’alvéoles fonctionnalisables présentant des motifs inférieurs à 10 nm. La protéine LEAFY s’avère pouvoir être utilisée comme une plate-forme polyvalente dont les propriétés pourront être exploitées dans des recherches avancées en biotechnologies, en nanoélectronique, en biocatalyse ou dans le domaine des biocapteurs.

Figure : Auto-assemblage d’un nouveau biomatériau basé sur l’oligomérisation de bio polymères en nid d’abeilles aux dimensions sub 10 nm.

La protéine LEAFY est un facteur de transcription, c’est-à-dire une protéine nécessaire à l'initiation ou à la régulation de la transcription, première étape du processus qui permet de passer des gènes aux protéines. Chez les plantes à fleurs, LEAFY est responsable de la formation des fleurs. Elle est capable de s’assembler en petites chaînes formées de plusieurs protéines. Ce mécanisme d’oligomérisation lui permet de se fixer et d’activer des régions du génome.

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