Imagerie électrochimique fonctionnelle de systèmes enzymatiques multi-composants organisés sur des virus nano-gabarits – eVIRZYM

Ce projet a pour but le développement d’outils expérimentaux innovants pour la conception d’assemblages enzymatique multi-composants organisés sur nano-gabarit et leur étude fonctionnelle à l’échelle du nano-gabarit (nano-système) individuel. Au-delà de la prouesse instrumentale que cela représente, une mesure à cette échelle permet de s’affranchir des limites inhérentes aux approches expérimentales « d’ensembles » qui ont été jusqu'à ce jour exclusivement employées pour caractériser ces systèmes. L’objectif à terme est de mieux comprendre comment l’organisation spatiale confère aux systèmes multi-enzymatique naturels leur remarquable efficacité catalytique.
Afin d’assembler les systèmes modèles requis pour cette étude nous proposons d’employer une stratégie originale permettant la maitrise topologique de l'arrangement d’enzymes et de macromolécules à relais redox sur support solide via l’utilisation de virus-gabarits. Cette stratégie d’assemblage « bottom-up » bio-inspirée, dont l’équipe de biologiste de l’INRA - Partenaire 2 du projet- est pionnière, permet, grâce aux outils de l’ingénierie des protéines, un control positionnel nanométique des enzymes sur le virus. Deux types de nano-systèmes biomimétiques seront assemblés - l’un incorporant une chaine de transport d’électron terminée par une enzyme redox, mimant le fonctionnement de systèmes membranaire- et l’autre couplant une lipase et une enzyme redox en une cascade enzymatique modèle.
Afin d’être en mesure de sonder le fonctionnement catalytique de ces nano-systèmes à l’échelle du système individuel nous ferons appel à une microscopie corrélative haute résolution, basée sur les microscopies à force atomique (AFM) et électrochimique (SECM) combinées en une configuration dite « à médiateur liée » inventée par le partenaire électrochimiste du projet (Partenaire 1). Cette microscopie, de par sa conception originale, est seule à même de permettre de (i) localiser et imager les virus gabarits (ii) sonder le fonctionnement redox et/ou enzymatique de ces nano-systèmes individuellement. Dans le cadre du projet il est prévu d’accroitre encore la résolution de cette microscopie AFM-SECM, qui est aujourd’hui d’environ 10 nm, pour la faire tendre vers l’échelle de ~1 nm nécessaire pour localiser et interroger les molécules d’enzymes individuelles portées par les virus-gabarits. Ce bond technologique sera rendu possible grâce au savoir faire original du partenaire 3, un spécialiste de la manipulation et de la physique des nanotubes de carbone, qui devra adapter des nanotubes multi-parois taillés en pointe, mais aussi à terme des nanotubes mono-parois, à l’extrémité des sondes AFM-SECM « standards » produites par le partenaire 1.
Ce projet, pleinement interdisciplinaire, met en synergie des concepts d'enzymologie moderne, d'ingénierie des protéines, de technologie de conception et d’organisation de nano-objets fonctionnels sur surfaces et d’imagerie électrochimique biomoléculaire. Les connaissances nouvelles qu’il produira seront potentiellement applicables à la conception de nanocatalyseurs, de laboratoire sur puce et de nanobiocapteurs, de vecteurs pour la nanomédecine et de nouvelles techniques de nanométrologie.
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