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La mission Rosetta de l'ESA a montré que la comête « Tchouri » (67P Churyumov-Gerasimenko), sur laquelle l'atterrisseur de la sonde a fini par s'écraser, est composée à près de 40 % de molécules organiques. D'après les travaux de Jean-Loup Bertaux, du Laboratoire atmosphères, ...

Cassini, la descente finale

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Cassini est un projet  d'exploration spatiale très ambitieux, avec une sonde qui aura passé près de 20 ans dans l'espace. La sonde Cassini elle-même est la première à être mise en orbite autour de Saturne, dont les missions Voyager ...

Alzheimer et l'immunité du cerveau

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La maladie neurodégénérative d’Alzheimer est la cause la plus courante de démence, puisqu'elle serait à l’origine de près de 70% des cas. Ses premières ...

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Une des énigmes majeures de l'astrophysique est de comprendre l'accélération de l'expansion de l'Univers. Afin de caractériser la nature de l'énergie ...

Un tamis moléculaire plus performant et vert

La purification du gaz naturel

Le gaz naturel extrait du sol a besoin que l'on élimine l'eau et le dioxyde de carbone qu'il contient, afin que seul le méthane reste présent. Dans l'optique de développer des procédés industriels plus efficaces de séparation de gaz, une équipe de chercheur·euse·s a conçu un nouveau matériau poreux, KAUST-8. De la famille des MOF (metal organic framework), extrêmement stable et facilement recyclable, il s'agit d'un matériau cristallin poreux composé d'ions métalliques d'aluminium associés à des ligands organique de type pyrazine.

Au-delà de la purification du gaz naturel, KAUST-8 peut aussi être utilisé comme un agent déshydratant. Il peut par exemple jouer un rôle de dessiccant en chimie, de déshumidificateur de l’air par absorption d’eau dans des systèmes de climatisation ou encore de protection de certaines substances contre la dégradation ou la corrosion sous l’effet de l’humidité. Ses performances de captage sélectif de l’eau, ses capacités de régénération à faible coût énergétique et son potentiel d'adaptation sont d'un intérêt majeur dans le domaine de l'énergie et de l'environnement, vers ce qui peut être qualifié de chimie verte.

Des structures poreuses qui piègent les molécules

Dans le domaine de la chimie, les matériaux poreux fonctionnent comme une éponge à l'échelle des molécules. Leur structure cristalline forme des pores de dimension nanométrique, soit une succession de canaux et de cages, qui permet d'adsorber des composés spécifiques en fonction de leur taille. L'industrie utilise généralement des zéolithes, une variété d'aluminosilicates stable chimiquement, efficace et facile d'utilisation. La régénération du matériau KAUST-8 est atteinte en chauffant à des températures beaucoup moins élevées que dans le cas des zéolithe, d'où un processus moins énergivore au cours des cycles d'utilisation.

Les simulations numériques ont prédit que KAUST-8 était capable de purifier le gaz naturel avec de meilleures performances que les zéolithes. D'un diamètre de seulement trente-six centièmes de nanomètres, les tunnels formés par les pores de KAUST-8 ne laissent pas le méthane pénétrer à l'intérieur du tamis, au contraire des molécules d'eau et de dioxyde de carbone. Par le jeu des interactions chimiques, l'eau reste piégée en se liant aux sites métalliques d'aluminium du matériau et le dioxyde de carbone en se liant aux atomes de fluor de la pyrazine. De plus, la structure et la chimie du matériau peuvent être modulées, afin de les adapter à la séparation d’autres molécules de tailles différentes comme le propane et le propylène qui joue un rôle majeur dans le domaine de la pétrochimie.

Article réalisé à partir d'un entretien avec Guillaume Maurin, chercheur au CNRS.

Publié le 5 juillet 2017

En savoir plus

Un nouveau matériau pour purifier le gaz naturel, communiqué de presse du CNRS

Comment un matériau poreux peut-il trier les gaz ?, en direct des laboratoires de l'Institut de chimie

Représentation en trois dimensions de quelques molécules, sur Sciences en ligne

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Vers un nouvel outil de génie génétique
Grâce aux nouvelles techniques de séquençage, les ARN circulaires ont été identifiés dans de nombreux organismes. Leur étude chez les archées permet aujourd'hui d'envisager des applications dans les biotechnologies et le domaine biomédical.

Que sont les ARN circulaires ?

L'ARN, acide ribonucléique constitué principalement d'un seul brin de nucléotide, est une molécule non codante ou participant à l'expression du génome des êtres vivants. Il en existe de plusieurs types, dont les ARN messagers, transcrits à partir de l'ADN et qui traduisent l'information génétique en diverses protéines. Dans les années 1990, quelques exemples d'une nouvelle forme d'ARN ont été découverts, l'ARN circulaire. Ses extrémités ne sont pas libres mais forment une structure fermée, qui le rendent plus stables que les ARN linéaires.

Comme ils ont été conservés au cours de l'évolution dans les trois domaines du vivant, bactéries, archées, eucaryotes, les ARN circulaires devraient jouer un rôle dans ces organismes, mais lequel ? Peuvent-ils remplir la même fonction que leurs analogues linéaires ? Récemment, il a été montré qu'ils intervenaient dans la régulation de l'expression des gènes. Chez l'être humain, il a été décrit que les ARN circulaires agissent comme des éponges, en réprimant l'activité d'ARN d'interférence qui bloquent l'expression de certains gènes : dans ce cas, une de leur action serait de favoriser l'expression de certains gènes.

L'ARN circulaire chez les archées

En étudiant une archée, une équipe du Laboratoire d’optique et biosciences de l’École polytechnique (en co-tutelle avec l’INSERM et le CNRS), menée par Hannu Myllykallio, et Hubert Becker, s’est fixé pour objectif d’identifier l’ensemble des ARN circulaires au sein d’une cellule. Le séquenceur à haut débit PGM (Personal Genome Machine) a fourni quatre cent mille lectures de séquences, puis un algorithme développé par le Laboratoire d’informatique de l’École polytechnique a distingué 133 ARN circulaires, soit 2 % du génome de la cellule. En parallèle, des études de biochimie et de biologie moléculaire ont permis d'identifier l'enzyme responsable de la forme circulaire de ces ARN.

L'expertise des laboratoires permet d'extraire l'ARN des cellules, de le séquencer, puis d'appliquer un traitement informatique pour identifier lesquels sont circulaires. Les scientifiques envisagent d’étendre leurs investigations à d’autres organismes, comme les bactéries ou même les cellules eucaryotes. L'objectif est de dessiner un premier état des lieux de la diversité des ARN circulaires, un inventaire intéressant pour la recherche fondamentale et pour de possibles applications en biotechnologies.

Des pistes pour les biotechnologies

L'un des intérêts des ARN circulaires est qu'ils s'expriment de manière différente dans les tissus humains, leur taux d'expression variant dans certains cas de pathologie par rapport à un individu sain. Cette spécificité pose la question de leur potentiel pour être un biomarqueur de certaines pathologies humaines, telles un cancer du sein, un cancer colorectal ou une maladie neurodégénérative du type d'Alzheimer, pour lesquelles l'existence d'ARN circulaire a été observée. À partir d'un échantillon, l'ARN peut être récupéré, séquencé et analysé pour déterminer la part d'ARN circulaires. Récemment, les ARN circulaires ont été identifiés directement dans le sang. Si leur intérêt en tant que biomarqueur se confirmait, alors une biopsie invasive des tissus ne serait plus nécessaire pour établir un premier diagnostic.

D'autres applications peuvent être envisagées à partir de l'étude des enzymes qui provoquent la circularisation de ces ARN. Cette enzyme pourrait être utilisée dans la recherche en biologie moléculaire pour augmenter la stabilité des ARN, activer les extrémités des ARN ou y fixer certains composants, comme des adaptateurs pour améliorer les techniques de séquençage. On retrouve la logique de la PCR, ou les propriétés particulières d'une enzyme sont utilisées pour développer de nouvelles techniques de génie génétique.

Article réalisé à partir d'un entretien avec Hubert Becker, enseignant-chercheur au pôle biologie du Laboratoire d’optique et biosciences ainsi qu’à l'UPMC Sorbonne Universités.

Publié le 24 juillet 2017

En savoir plus

Biologie moléculaire : à la recherche des ARN circulaires ?, sur le site du CNRS

Le code génétique et les ARN messagers, sur Sciences en ligne

Arthur Jeannot
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