« Des possibilités infinies » : les chimistes changent les molécules atome par atome

Une nouvelle méthode appelée « édition squelettique » offre un moyen extrêmement simplifié de modifier la matière, ouvrant la voie à des innovations révolutionnaires en matière de médecine personnalisée et de plastiques durables.

Demandez à Mark Levin ce qui le passionne dans son travail, et le professeur agrégé de chimie à l'Université de Chicago pourrait faire office de poète. « Nous sommes l'un des seuls domaines scientifiques qui consiste essentiellement à créer des choses qui n'ont jamais existé ailleurs dans l'univers et qui n'auraient jamais existé si nous n'étions pas intervenus », s'enthousiasme-t-il. "Nous pouvons manipuler la matière au niveau atomique pour la façonner selon les objectifs auxquels nous pouvons penser."

Certaines de ces choses qui n’auraient jamais existé sont d’une immense valeur pour l’humanité. Des colorants synthétiques au celluloïd, des matériaux aux médicaments, la chimie synthétique a rendu notre monde plus riche et nous a aidés à vivre plus longtemps pour en profiter.

Avec suffisamment d'efforts, les chimistes d'aujourd'hui peuvent synthétiser presque toutes les molécules imaginables, mais leurs méthodes sont limitées, s'appuyant sur les éléments de base moléculaires disponibles et nécessitant potentiellement de nombreuses étapes. "L'approche qui a été adoptée pour y parvenir consiste à ajouter d'autres groupes chimiques à la molécule déjà existante, ce qui ne la modifie qu'à sa périphérie", explique le professeur Richmond Sarpong, chimiste à l'Université de Californie à Berkeley.

Lorsqu'il s'agit de modifier plus fondamentalement une molécule existante – comme dans les anneaux d'atomes de carbone au centre de nombreux composés organiques – Levin compare ces atomes et ces liaisons aux connecteurs et aux tiges d'un ensemble Tinkertoy d'un enfant : « C'est très évident quand on "Je pense que la meilleure façon de le changer serait de retirer la partie dont vous ne voulez pas et d'y mettre la nouvelle", dit-il. "Cela m'a toujours dérangé de savoir que ce n'est pas quelque chose que nous avons la capacité de faire chimiquement."

Autrement dit, pas jusqu'à présent.

Inspirés en partie par la technologie révolutionnaire d'édition du génome Crispr-Cas9, Levin et Sarpong font partie d'une poignée de chimistes développant de nouvelles méthodes pour insérer, supprimer et échanger des atomes individuels dans des molécules. Ils appellent cela « l’édition squelettique » et ils espèrent que cela changera leur domaine – et notre monde.

Le mot « édition » évoque les chimistes modifiant les atomes avec des pincettes nanoscopiques, mais ce serait loin d’être efficace. "Si vous vouliez fabriquer un grain de beauté", explique Levin, faisant référence à une unité de mesure utilisée en chimie, "il faudrait prendre cette pince à épiler et le faire 1 023 fois".

Au lieu de cela, dans cette nouvelle approche, ils exploitent des réactifs chimiques, des catalyseurs ou de la lumière pour effectuer des modifications des quintillions de fois. « Ce que nous faisons essentiellement, c'est concevoir des molécules qui se comportent comme une pince à épiler », explique Levin.

En ce sens, l’édition squelettique est une continuation de la chimie de synthèse établie – pas tant un outil unique qu’une boîte à outils en constante évolution. «[Ce n'est] pas une chose», dit Sarpong. "C'est un concept, une façon de penser, qui a suscité une nouvelle façon de voir les choses et qui produit des résultats que je n'aurais pas pu imaginer il y a cinq ans."

Certains des résultats les plus intéressants, du moins pour Sarpong et Levin, concernent la conception de médicaments.

Les scientifiques fabriquent généralement de nouveaux médicaments en identifiant une cible biologique qui joue un rôle dans une maladie, puis en criblant des centaines de milliers de molécules pour trouver un composé « efficace » qui pourrait interagir avec elle. «La fabrication de molécules pour un projet de découverte de médicaments nécessite de nombreuses étapes chimiques et beaucoup de temps», reconnaît David Blakemore, responsable de la synthèse, de l'inflammation, de l'immunologie et de la chimie anti-infectieuse chez Pfizer.

Au cours des dernières décennies, cela a été de plus en plus fait avec des ordinateurs, et le criblage dit in silico est désormais si avancé que la chimie de synthèse a parfois du mal à suivre.

«Je peux concevoir une molécule qui semble raisonnable ou qui respecte toutes les règles de la chimie», déclare le Dr Robert Scoffin, PDG de la société de découverte de médicaments Cresset, basée à Cambridge, «et les spécialistes de la synthèse l'examineront et diront: 'Je suis désolé.' , je ne peux vraiment pas y arriver, ou cela va vous coûter tellement cher que ça n'en vaut vraiment pas la peine.'