Electrochimie sur enzyme individuelle – SEE

Le développement de nouvelles biotechnologies est intimement lié à la compréhension de systèmes biologiques et notre capacité à intégrer des biomolécules comme des enzymes redox dans un dispositif électronique. La tendance vers la miniaturisation des dispositifs électroniques entraine une réduction considérable du nombre d'enzyme redox contenu dans un dispositif donné. Au nanomètre ce nombre est de seulement une enzyme! Dans ce cas notre connaissance de la réactivité enzymatique obtenue sur de très larges ensembles de molécules est insuffisante pour comprendre et décrire correctement la réponse de bio-dispositifs nanométriques. Il est donc essentiel de développer de nouveaux outils permettant l'étude de l'activité d'enzyme redox à l'échelle de l'enzyme individuelle.
Les objectifs du projet SEE sont de développer une nouvelle approche basée sur l'électrochimie pour suivre l'activité catalytique d'une enzyme redox individuelle. A partir des courants électrochimiques produit par l'enzyme nous serons en mesure de déterminer si une enzyme fonctionne de manière continue ou intermittente, si sont activité varie progressivement au court du temps ou bien de manière abrupte ou bien encore quelle est la durée de vie d'une enzyme. En répondant à ces questions le projet SEE augmente significativement notre connaissance des enzymes redox et ouvre de nouveaux horizons pour des biotechnologies.
Le projet SEE est caractérisé par deux innovations majeures. Premièrement nous proposons de remplacer les traditionnelles mesures de microscopie de fluorescence restreintes à l'étude de seulement quelques enzymes redox ayant un signal de fluorescence par une technique plus versatile: l'électrochimie. Dans le projet SEE nous proposons d'étudier l'activité de la glucose déshydrogénase, une enzyme utilisée dans les détecteurs de glucose ainsi que le bio-piles à combustible et qui n'est pas compatible avec des mesures de fluorescence. En plus de sa versatilité l'électrochimie possède l'avantage d'être facilement adaptable à la fabrication de dispositifs à faible cout et portatifs ce qui favorise la dissémination des résultats académiques vers des applications industrielles.
La deuxième innovation majeur proposée dans le projet SEE est l'accrochage covalent et parfaitement contrôlé d'un nombre précis d'enzyme sur une électrode ce nombre pouvant être de seulement une enzyme. Ce dégrée de control jamais encore obtenu constituera une avancé majeure dans le domaine de la modification de surface. Un control parfait du nombre d'enzyme immobilisé est ici primordiale pour la mesure précise de l'activité catalytique.
Notre approche expérimentale pour déposer une enzyme individuelle sur une électrode et mesurer électrochimiquement son activité repose sur la combinaison de plusieurs techniques développées récemment et maitrisées par les différents membres du projet SEE. Brièvement, une enzyme est immobilisée sur une nanoparticule métallique qui est elle même déposées par "collision électrochimique" sur une microélectrode préalablement passivée par une fine barrière isolante. Cet ensemble se comporte comme une nanoelectrode tunnel qui permet une lecture direct de l'activité de l'enzyme. Des résultats récemment obtenue par notre groupe et celui de S.G. Lemay mettent en évidence que le verrou technologique associé à la mesure électrochimique d'une enzyme individuel (courant de l'ordre du fA) peut être surmonté par l'emploi d'une instrumentation très soignée ainsi que d'électrodes adaptées (nanoélectrode tunnel).
Les principaux résultats du projets sont: Dépôt d'un nombre exact et contrôlé d'enzyme sur une électrode => amélioration significative des techniques de modification de surface; Mesure de l'activité d’enzymes redox individuelles => améliore les connaissances fondamentales et guide le développement de nouveaux bio-dispositifs nanométriques; Offre une alternative à la microscopie de fluorescence => augmente le nombre d'enzyme individuellement observable.