Des chercheurs de l'Université de Montréal ont conçu un thermomètre programmable à base d'ADN qui est 20 000 fois plus petit qu'un cheveu humain.

Cette avancée scientifique publiée cette semaine dans la revue Nano Letters améliorera de façon significative notre compréhension des nanotechnologies issues de la nature et de l'être humain en permettant de mesurer la température à l'échelle nanométrique.

Il y a plus de 60 ans, les chercheurs ont découvert que les molécules d'ADN utilisées pour coder l'information génétique dans nos cellules se déroulent sous l'effet de la chaleur. «Au cours des dernières années, les biochimistes ont également découvert que les biomolécules, comme les protéines ou l'ARN, une molécule qui s'apparente à l'ADN, peuvent être employées comme nanothermomètres par les organismes vivants pour signaler les variations de température en se repliant ou en se dépliant, explique le professeur Alexis Vallée-Bélisle, qui a dirigé l'étude. En nous inspirant de ces nanothermomètres naturels qui sont 20 000 fois plus petits qu'un cheveu humain, nous avons créé diverses structures d'ADN qui peuvent s'enrouler et se dérouler à des températures prédéfinies.»

L'un des principaux avantages de l'ADN comme matériel pour concevoir un thermomètre nanométrique est que cette chimie est relativement simple : les molécules d'ADN affichent une capacité d'assemblage programmable. «L'ADN est composé de quatre molécules connues sous le nom de nucléotides : le nucléotide A se lie faiblement au nucléotide T, tandis que le nucléotide C se lie fortement au nucléotide G, indique David Gareau, premier auteur de l'étude. L'application de cette règle nous permet de créer des structures d'ADN qui s'enroulent et se déroulent à des températures prédéfinies.» «En ajoutant des capteurs optiques à ces structures d'ADN, nous pouvons concevoir des thermomètres d'une taille de cinq nanomètres qui produisent un signal lumineux facilement détectable en fonction de la température», ajoute Arnaud Desrosiers, coauteur de l'étude.

Ces thermomètres nanométriques ouvrent la voie à de nombreuses applications dans le domaine en pleine émergence des nanotechnologies, et pourront même aider les scientifiques à mieux comprendre la biologie moléculaire. «Beaucoup de questions demeurent encore sans réponse en biologie, mentionne le professeur Vallée-Bélisle. Par exemple, nous savons que la température interne du corps humain est maintenue à 37 °C, mais nous ignorons s'il y a des variations de température importantes à l'échelle nanométrique au sein de chaque cellule.» L'une des questions actuellement étudiée par l'équipe de recherche est de déterminer si les nanomachines et les nanomoteurs élaborés par la nature depuis des millions d'années surchauffent également lorsqu'ils sont employés à grande vitesse. «Dans un futur proche, il est probable également que les nanothermomètres à base d'ADN pourront être intégrés aux appareils électroniques de manière à mesurer et à contrôler la température à l'échelle nanométrique», conclut Alexis Vallée-Bélisle.

À propos de cette étude
Cette recherche a bénéficié de l'aide financière du Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada. Alexis Vallée-Bélisle, professeur au Département de chimie et au Département de biochimie et médecine moléculaire de l'Université de Montréal, a publié l'article «Programmable, quantitative, DNA-base nanothermometers» dans la revue Nano Letters le 27 avril 2016.

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