L’étude de l’ADN est freinée par la difficulté à capturer les mouvements moléculaires à l’échelle nanométrique. Les chercheurs de l’Université de l’Illinois à Urbana-Champaign s’attaquent depuis longtemps à ce défi : comment obtenir des images haute résolution de l’ADN pour faire progresser la biologie moléculaire et la génomique.

Le Pr Aleksei Aksimentiev (physique) et le Dr Kush Coshic ont mobilisé des ressources de calcul massives, dont le supercalculateur Delta du National Center for Supercomputing Applications (NCSA). Leur double objectif : créer une « caméra » capable de filmer les mouvements de l’ADN et concevoir un environnement permettant de prédire et contrôler ces mouvements sur une surface bidimensionnelle. « Le problème fondamental que nous voulons résoudre est l’écart entre notre capacité à concevoir des structures d’ADN et notre capacité à prédire et contrôler leur mouvement sur une surface 2D », explique le Pr Aksimentiev.

Grâce à des simulations de dynamique moléculaire à grande échelle sur plusieurs microsecondes, l’équipe a modélisé les interactions atomiques et validé les dispositifs expérimentaux. Ils ont découvert que l’ADN peut se tenir verticalement sur certaines surfaces et ont fabriqué une « caméra à ADN » à partir d’une monocouche de graphène d’épaisseur atomique, baptisée GETvNA.

Le Dr Coshic précise que GETvNA s’appuie sur une découverte du laboratoire Tinnefeld (Université de Munich) : l’ADN double brin se tient perpendiculairement sur le graphène, ce qui permet de détecter les changements conformationnels par transfert d’énergie. La méthode atteint une résolution spatiale de l’ordre de l’angström et une résolution temporelle sub-seconde, tout en restant peu coûteuse et utilisable avec un microscope à fluorescence standard. Elle est cruciale pour observer en temps réel des processus comme la réparation des dommages à l’ADN.