Concurrençant la nature, des chercheurs de l’institut Weizmann ont généré avec succès un nouveau type d’enzyme (protéine ayant la capacité de catalyser une réaction chimiqu...
Concurrençant la nature, des chercheurs de l’institut
Weizmann ont généré avec succès un nouveau
type d’enzyme (protéine ayant la capacité de
catalyser une réaction chimique) qui n’existait pas
jusqu’alors et l’ont fait évoluer dans un tube
à essai pour en obtenir la version la plus efficiente.
Ils ont ainsi mimé le processus de l’Evolution
habituellement réalisé par Mère Nature dans le but
d’adapter les organismes vivants à leur environnement. Ce
nouvel accomplissement scientifique ouvre la voie à de
nombreuses applications en médecine.
Les enzymes constituent un modèle idéal pour
élucider certains des mécanismes qui font qu’un
organisme est doué de vie. Ces machines moléculaires,
sans lesquelles la vie n’existerait pas, gouvernent les
innombrables réactions chimiques qui surviennent dans la
cellule.
Les millions d’années de sélection
naturelle ont peaufiné leur activité de sorte que la
vitesse des réactions chimiques qu’elles catalysent sont
centuplées. Forte de la connaissance de la structure des enzymes
naturelles, de leur mode d’action et de la maitrise des
techniques d’ingénierie des protéines, une
équipe de chercheurs israéliens et américains
(Institut Weizmann de Rehovot, Université de Washington de
Seattle) a pu créer une nouvelle enzyme et la faire
évoluer artificiellement, ce qui constitue une formidable
percée scientifique. Les résultats de leurs travaux ont
été publiés dans la prestigieuse revue
scientifique internationale, Nature (19 mars 2008).
Leur objectif : créer une enzyme qui n’existe pas dans la
nature et qui aurait pour fonction de retirer un atome
d’hydrogène chargé positivement lié à
un atome de carbone. Cette réaction chimique nécessite
une énergie considérable et fait appel à un
processus de plusieurs étapes qui peuvent chacune limiter la
réaction.
Les chercheurs américains ont conçu,
dans un premier temps, le « cœur » de la machine
enzymatique, appelé le site actif, dans lequel la
réaction doit avoir lieu (quelques acides aminés) et dans
un second temps le « squelette » de l’enzyme. Ce
dernier constitué d’environ 200 acides aminés,
servirait de support au site actif.
Or, à partir des 20 acides
aminés existant dans la nature, les combinaisons possibles de
200 aa sont infinies et en pratique seules quelques séquences
correspondent à une structure spécifique et à
l’activité enzymatique recherchée. Utilisant une
nouvelle technique de modélisation mathématique, ils ont
d’abord identifié 60 combinaisons d’acides
aminés « candidates » puis sélectionné
les 3 séquences les plus actives.
C’est là que les chercheurs de l’Institut Weizmann
entrent en scène ! Ils confirment que l’activité
enzymatique 3 dernières séquences candidates est conforme
à ce que prévoyait leur structure mais la rapidité
de réaction des enzymes et donc leur efficacité est
infiniment moindre que celle rencontrée habituellement avec les
enzymes naturelles.
Cette célérité de
réaction étant le résultat de millions
d’années d’évolution et signe de la victoire
de la Nature sur l’Homme.
Les chercheurs israéliens ont alors développé une
méthode qui imite l’évolution
naturelle….dans un tube à essai ! Ils ont fait subir
à ces enzymes des séries successives de mutations au
hasard et les ont testées après ce processus «
d’évolution artificielle ».
Il a fallu aux
chercheurs 7 séries de mutations pour améliorer
l’activité enzymatique et obtenir une enzyme 200 fois plus
efficiente, soit des millions de fois plus rapide qu’en
l’absence d’enzyme.
Bien que mineures, les modifications de structure engendrées par
les mutations ont accéléré la vitesse de
réaction et induit une plus grande flexibilité de
l’enzyme. Apparemment, ce que ces mutations ont
réalisé n’était pas prévisible par
les conceptions mathématiques initiales complexes dont elles
semblent avoir corrigé les défauts.
« Reproduire les formidables performances des enzymes naturelles
est une tâche qui aurait pu nous décourager. Mais la
conception mathématique combinée à
l’évolution moléculaire dans un tube à essai
nous a ouvert de nouveaux horizons dans la création
d’enzymes synthétiques » a déclaré le
Professeur Dan Tawfik de l’Institut Weizmann.
« Ces travaux
nous ont permis de mieux comprendre la structure des enzymes et leur
mode d’action. Ils devraient conduire à la conception et
à la création d’enzymes auxquelles la Nature
n’aurait pas ‘pensées’ et qui pourraient
être utiles dans des processus très variés tels que
la neutralisation de poisons ou le développement de nouveaux
médicaments ».
Source : Guysen Int°
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