Au terme d’un heureux accident, des chimistes canadiens et chinois viennent de battre un record en créant le plus petit nœud de l’histoire, gagnant au passage une place dans le Guinness des records.
L’équipe à l’origine de ces travaux repérés par New Scientist y est parvenue complètement par hasard. À l’origine, ils cherchaient à synthétiser une variante d’un acétylure métallique, une famille de réactifs très utiles en chimie organique. Mais au bout du processus, ils ont eu la surprise de constater qu’en plus des chaînes d’atomes ouvertes qu’ils espéraient obtenir, la manipulation a aussi produit des molécules fermées.
Techniquement, leur manipulation aurait donc dû être considérée comme un échec. Mais il se trouve que le produit de la réaction n’était pas une molécule comme les autres. Les chercheurs ont obtenu un minuscule nœud constitué d’à peine 54 atomes d’or, de phosphore, d’oxygène et de carbone. Jusqu’à présent, personne n’avait réussi à synthétiser un nœud moléculaire aussi petit. Le précédent tenant du titre contenait 69 atomes, ou même 76 si l’on se limite à cette structure exacte, baptisée « nœud de trèfle ».
Le repliement des molécules, un immense casse-tête
À première vue, ce record pourrait sembler assez anecdotique. Mais pour les spécialistes de la chimie structurale, il s’agit en fait d’un succès très impressionnant. En effet, la structure tridimensionnelle des molécules est une thématique extrêmement importante, aussi bien en termes de recherche fondamentale qu’au niveau pratique.
Par exemple, la façon dont les protéines se replient sur elles-mêmes fait l’objet de recherches très poussées en biologie clinique, car la structure de ces objets indispensables à la vie est intimement liée à leur rôle physiologique.
Or, le fait de modéliser et contrôler ainsi le repli des molécules fait partie des problèmes les plus complexes qui soient. Pendant des décennies, les chercheurs se sont heurtés à des obstacles techniques majeurs, car même les supercalculateurs les plus performants étaient souvent impuissants. Heureusement, cela commence à changer avec l’apparition de nouveaux outils basés sur l’IA. L’exemple le plus remarquable à ce jour est AlphaFold, un programme de DeepMind qui a réussi à prédire la structure de la plupart des protéines humaines.
Un pas en avant pour la biologie structurale
Mais les nœuds moléculaires, de leur côté, sont des cas particuliers. Ce sont des animaux encore plus difficiles à dompter qui posent des problèmes encore bien plus épineux dans ce champ de recherche déjà excessivement complexe.
Pour replier une chaîne d’atomes, il faut trouver des configurations extrêmement précises, compatibles avec les particularités physiques de chaque élément. Et c’est encore plus difficile d’y parvenir dans une structure fermée de ce genre. C’est un peu comme convaincre plusieurs humains aux aspirations et aux valeurs très différentes de vivre ensemble et de travailler main dans la main. De plus, la complexité du problème augmente de façon exponentielle lorsqu’on réduit le nombre d’atomes.
Si les chercheurs s’infligent ce genre d’épreuve, ce n’est pas pour le plaisir de résoudre des casse-têtes exceptionnellement ardus. C’est une façon d’explorer les règles qui régissent le comportement de la matière à l’échelle nanométrique, avec des tas d’implications dans des domaines comme la science des matériaux ou la médecine.
Si ce nœud de 54 atomes n’a donc pas vraiment d’utilité en tant que tel, il s’agit donc d’un grand succès pour la chimie structurale. On commence désormais à se rapprocher de l’échelle des nœuds microscopiques qui se forment spontanément dans les protéines du corps humain ou dans l’ADN, ce qui pourrait avoir des retombées considérables à l’avenir d’après les auteurs.
« Les nœuds moléculaires, dont la synthèse présente de nombreux défis, peuvent jouer un rôle important dans la structure et la fonction des protéines, ainsi que dans des matériaux utiles dont les propriétés dépendent de la taille de la structure nouée ».
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