Un catalyseur hybride ADN-métal activé par la lumière visible

Depuis sa découverte comme support de l’information génétique, l’ADN a longtemps été considéré comme une molécule passive uniquement dédiée au stockage des instructions du vivant. Cette vision a évolué au cours des dernières décennies lorsque les scientifiques ont montré que l’ADN pouvait adopter des structures complexes et, dans certains cas, catalyser des réactions chimiques, à l’image des enzymes naturelles constituées de protéines. Plus récemment, des systèmes appelés photoDNAzymes ont révélé que l’ADN pouvait même utiliser la lumière pour déclencher des transformations chimiques, un mode de fonctionnement rarement exploité dans les systèmes catalytiques naturels.

Par ailleurs, l’ADN possède une structure en hélice dont la forme n’est pas superposable à son image dans un miroir — comme une main droite et une main gauche. Cette propriété, appelée chiralité, est particulièrement intéressante car elle peut permettre d’orienter des réactions chimiques de manière sélective, comme favoriser la formation d’une seule des deux molécules images l’une de l’autre dans un miroir appelées énantiomères. Le contrôle de cette sélectivité est un enjeu majeur en chimie, notamment pour la synthèse de molécules d’intérêt pharmaceutique. Si la chiralité de l’ADN a déjà été mise à profit en catalyse dite « asymétrique », elle n’avait, jusqu’à présent, jamais été exploitée de manière convaincante dans des procédés photochimiques. Il restait en particulier à démontrer qu’un système à base d’ADN pouvait à la fois utiliser l’énergie de la lumière, idéalement visible, et transmettre son information chirale, pour contrôler finement des réactions photocatalysées.

Des équipes de scientifiques du Laboratoire de chimie de coordination (CNRS/Université de Toulouse), et de l’Institut des biomolécules Max Mousseron (CNRS / Université de Montpellier - ENSCM) ont relevé le défi de réunir au sein d’un même système les propriétés de l’ADN à celles d’un photocatalyseur métallique afin de concevoir une photoDNAzyme artificielle. Ce catalyseur hybride est capable de promouvoir, dans l’eau et grâce à l’énergie de la lumière visible, des transformations chimiques non naturelles (qui n’existe pas dans le vivant), avec de très hautes énantiosélectivités (préférence pour l’un des deux énantiomères). Les chercheurs ont également montré qu’en inversant la chiralité de l’hélice de l’ADN, il est possible de créer une enzyme « miroir » et ainsi d’inverser de manière fiable et contrôlée l’énantiosélectivité de la réaction. Une flexibilité difficilement atteignable avec des enzymes à base de protéines.

Ces résultats, publiés dans la revue Nature Communications, posent les bases d’une nouvelle stratégie de conception de metallo-photoenzymes artificielles. Ils ouvrent des perspectives prometteuses pour le développement de réactions photochimiques énantiosélectives et l’exploration de nouvelles transformations non naturelles contrôlées par les architectures tridimensionnelles de l’ADN. Plus largement, en plaçant l’ADN au cœur de systèmes photocatalytiques artificiels, ce travail ouvre des perspectives en biotechnologie, notamment pour la conception de biocatalyseurs hybrides programmables, activables par la lumière, et capables d’opérer en conditions douces dans des environnements aqueux compatibles avec le vivant.

Rédacteur : CCdM

Laboratoires impliqués :
1 Institut des Biomolécules Max Mousseron, Université de Montpellier, CNRS, ENSCM, 34095 Montpellier, France
2 LCC-CNRS, Université de Toulouse, CNRS, UPS, 31077 Toulouse, France
3 Department of Medical Biotechnology and Translational Medicine, University of Milan, Milan, Italy
4 Queen Mary University of London, Department of Chemistry, London E1 4NS, United Kingdom
5 Institut de Chimie de Nice UMR 7272, Université Côte d’Azur, CNRS, 06108 Nice