Des nanoparticules agissant comme des enzymes
Les enzymes fonctionnent dans certaines conditions physiologiques. Des modifications de la température ou du PH peuvent affecter leur structure et les rendre inactifs, ce qui constitue un inconvénient majeur pour les procédés technologiques, dont la transformation des aliments. Pour surmonter la souplesse limitée des enzymes dans le cadre de la synthèse technique, les scientifiques du «projet ARTEN, financé par l'UE, ont recherché de possibles succédanés aux enzymes, moins sensibles aux changements environnementaux et ayant une meilleure efficacité pour les processus catalytiques à grande échelle, comme dans l'industrie,» explique le Dr Knez, coordinateur du projet. Des NP inorganiques se comportant comme des biomimétiques moléculaires Jusqu'à maintenant, on n'a étudié que quelques NP inorganiques, principalement divers métaux, oxydes métalliques et alliages. Mais de nombreux aspects des réactions catalytiques de type enzymatique permises par les particules inorganiques restent mal compris. Les scientifiques d'ARTEN ont découvert que certains catalyseurs standard tels que le platine et l'or avaient des caractéristiques communes avec certaines réactions enzymatiques. Ils se sont particulièrement intéressés à des enzymes comme la catalase, la superoxyde dismutase et la ferroxidase, dont certains sont déjà utilisés en cosmétique et interviennent dans la signalisation redox. Très communs dans la nature, les enzymes redox sont liées au stress oxydatif et à l'inflammation. Les scientifiques ont en outre découvert des inhibiteurs qui empêchent de façon sélective certaines réactions catalytiques, sans affecter les autres réactions se déroulant en parallèle. Suite à une caractérisation détaillée de l'activité catalytique des NP inorganiques, les scientifiques ont observé que des modifications du pH amélioraient leur rendement de conversion. En outre, contrairement aux enzymes traditionnelles, ces NP peuvent être récupérées après l'achèvement de la réaction. Globalement, les NP mises au point élargissent le champ d'application de certaines réactions de type enzymatique à des niveaux de température et de pH habituellement non acceptables pour les enzymes. Par le biais d'une synthèse contrôlée, les chercheurs ont encapsulé des NP inorganiques dans des enveloppes protéiques spécifiques, produisant ainsi des enzymes composites bio-inorganiques. En comparaison avec les enzymes traditionnelles, ces NP inorganiques encapsulées dans des protéines ont montré une activité catalytique élevée et une importante surface active. Les chercheurs ont d'autre part démontré qu'il est possible de modifier leur propriétés physiques et chimiques, telles que la taille et la structure de la surface, et d'affiner l'activité catalytique résultante. Comme les NP inorganiques étaient synthétisées à l'intérieur de matrices protéiques, les chercheurs ont dû surmonter d'importants obstacles liés à l'interaction entre les parties organiques et inorganiques de ces analogues d'enzymes. Élément intéressant, ils ont découvert que l'enveloppe protéique apportait une protection à la NP, ainsi qu'une activité synergique supplémentaire. Le composant protéique lui-même pourrait servir d'agent pour l'administration de médicaments et de gènes. Cela présente un grand intérêt pour la communauté biomédicale. Des applications pour les enzymes artificielles inorganiques Les premiers résultats obtenus au cours du projet ARTEN présentent un grand potentiel d'innovation, que ce soit d'un point de vue scientifique ou technologique. En ce qui concerne l'utilisation clinique de ce système, le Dr Knez explique: «il est beaucoup trop tôt pour penser à des applications réelles, mais en optimisant la sélectivité de la liaison aux cellules ou aux tissus, ces particules pourraient effectivement être utilisées dans certaines thérapies.» Étant donné le rôle important de la conversion catalytique dans le secteur des biotechnologies, les NP inorganiques de type enzymatique créées par ARTEN constitueraient une meilleure alternative pour la catalyse à haut débit. Les partenaires «espèrent recevoir des financements supplémentaires afin d'améliorer les connaissances et l'éventail des enzymes artificielles disponibles au cours des prochaines années.»
Mots‑clés
ARTEN, enzyme, nanoparticules inorganiques, protéine, réaction catalytique
