Des scientifiques ont développé une méthode innovante qui permet de contrôler l’activité des enzymes à distance, même lorsqu’elles sont à l’intérieur d’un organisme. Une découverte qui pourrait rendre le contrôle du métabolisme cellulaire plus facile.

Les enzymes sont certainement les protéines les plus importantes chez les organismes vivants. Elles ont pour rôle d’assurer l‘activation des diverses réactions chimiques dans les cellules, qui sont estimées à environ 30 quadrillions (30×1024) par seconde dans un organisme humain ! Ce nombre peut fortement varier pour chaque individu selon de nombreux facteurs (nombre de cellules, métabolisme, etc…), de même que leur efficacité, qui dépend en majeure partie de la température et du pH.

Des méthodes chimiques pour contrôler l’activité enzymatique existent déjà, mais des chercheurs de l’Université ITMO à St-Pétersbourg, ont publié cette semaine une nouvelle méthode basée sur les fréquences radio, qui modifie à distance la température, et ainsi l’efficacité des enzymes.

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Pour effectuer cela, les enzymes sont contenues dans une structure poreuse et rigide de nanoparticules de magnétite que le groupe a synthétisé. Elles ont la capacité d’absorber les champs de radiofréquences et de chauffer.

Lorsque le champ de radiofréquence est activé, l’énergie provenant de la chaleur des nanoparticules est transmise aux enzymes qu’elles enferment, accélérant ainsi leur vitesse de réaction. L’anhydrase carbonique bovine, l’enzyme qu’ils ont employé comme modèle pour leurs expériences, a vu sa vitesse de réaction augmenter de 460% après activation du champ.

radiofrequence enzyme

Les enzymes sont enfermées dans des nanoparticules de magnétite. Des fréquences radio sont transmises par un émetteur, augmentant la température des nanoparticules qui vont transférer l’énergie à l’enzyme. Cette dernière va chimiquement agir plus efficacement sur la molécule (substrat) qu’elle doit modifier ou activer. Crédits : Université ITMO

« Il existe très peu d’études sur la manipulation des enzymes par les ondes radio », déclare un des chercheurs du groupe Andrey Drozdov. « Nous étions les premiers à avoir réussi à augmenter l’activité d’une enzyme non thermostable. En règle générale, ces enzymes changent de conformation à haute température, puis cessent de fonctionner. Mais placée dans la structure rigide des nanoparticules, l’enzyme est stabilisée par des réarrangements structurels, car les nanoparticules limitent mécaniquement la mobilité de l’enzyme ».

En effet, les enzymes, comme toutes les protéines, subissent une dénaturation, qui est une perte de leur structure tridimensionnelle à une certaine température, variant selon les protéines, mais qui est souvent de l’ordre de 40 degré, causant la perte de leur fonction biologique. En d’autres mots, cela les rend inutiles (d’où le maintien de la température corporelle à 36 degrés Celsius, pour éviter cela). Mais la cage de nanoparticules restreint la modification de la structure de l’enzyme malgré la hausse de température engendrée par les fréquences radio.

L’avantage de cette méthode est que le type d’onde utilisé est inoffensif pour l’organisme, tout en traversant les tissus sans difficultés. Le groupe envisage l’emploi de cette technique pour contrôler le métabolisme d’un organisme.

Yulia Andreeva, auteure principale de l’étude, explique qu’ils espèrent à l’avenir pouvoir l’employer sur d’autres enzymes, et ainsi être capable d’influencer l’activité des cellules ou des bactéries.

Source : ACS Biomaterials

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