Depuis sa découverte, la structure en escalier en colimaçon de l’ADN est devenue une icône. Les poignées de l’échelle sont faites de sucre et de phosphore qui se transforment parfaitement en la structure familière connue sous le nom de double hélice. Les marches ou échelons de l’échelle sont constitués de diverses structures annulaires appelées bases azotées. Les quatre bases qui composent tout notre ADN sont l’adénine (A), la guanine (G), la cytosine (C) et la thymine (T).

Les scientifiques se sont récemment intéressés à l’étude de structures très similaires à l’ADN, appelées XNA. Les XNA sont des structures chimiques artificielles qui ont généralement différents types de squelettes sucre-phosphate que l’ADN normal. Les XNA peuvent également contenir des bases autres que les quatre que nous voyons normalement.

Pour élargir notre compréhension de ce à quoi pourrait ressembler le matériel génétique, des scientifiques du Georgia Institute of Technology ont développé le Proto-Nucleic Acid Builder (pNAB). Ce programme est capable de prédire les structures XNA possibles si on lui donne des informations de départ.

Passons en revue le processus de la façon dont le programme fonctionne sa magie.

Tout d’abord, le programme demande à l’utilisateur de saisir les bases qu’il souhaite utiliser. Ces bases peuvent être A, G, C, T ou toute structure 3D qui s’intégrera dans des espaces similaires. L’utilisateur peut également déterminer l’ordre des bases et le nombre de brins (comme les deux dans l’ADN). Ensuite, l’utilisateur peut spécifier les dimensions que les escaliers doivent avoir. Une fois qu’il a le plan, le programme commence à tordre et à faire pivoter la structure jusqu’à ce que tout s’emboîte.

Lorsque la molécule coche toutes les cases, le programme décide si elle est suffisamment stable pour exister. Il le fait en déterminant l’énergie de la molécule. Cela signifie qu’il va à chacun des liens et mesure les forces agissant contre eux. Si les forces agissant contre les liaisons sont plus importantes que celles qui les maintiennent ensemble, la molécule s’effondrerait. Le programme génère des structures qui suivent nos instructions tout en étant suffisamment confortables pour être stables dans la vie réelle.

Voyons maintenant quel code fait tout ce travail acharné.

La plupart du «travail de fond» effectué par le programme est écrit dans un très répandu Langage de programmation appelé C ++. Ce code se déplace autour des atomes, tordant la molécule et calculant les énergies de chaque liaison. Ensuite, le code écrit en Python agit comme le premier « traducteur ». Il est chargé de comprendre ce que l’utilisateur entre, comment la sortie est organisée et de gérer tout ce que fait C ++ en arrière-plan. Enfin, une interface graphique contrôle la sortie visuelle du modèle à l’aide d’un outil de modélisation moléculaire appelé NGL Viewer. Cet outil fonctionne sur une plate-forme interactive en ligne appelée Jupyter Notebook, qui permet d’afficher et de partager le code informatique.

Dans leurs travaux, les chimistes et les informaticiens du Georgia Institute of Technology ont également démontré l’exactitude de leur programme. Les scientifiques ont sélectionné des molécules qui avaient déjà été mesurées pour servir de contrôles pour l’expérience. Les scientifiques ont utilisé de l’ADN et de l’ARN double brin, le cousin simple brin de l’ADN. En comparant les résultats obtenus par le programme avec ceux que nous connaissons déjà, ils ont pu déterminer que le programme leur donnait des mesures réalistes.

Lorsqu’ils ont vu que le programme pouvait produire des résultats réalistes, ils ont testé des XNA que les scientifiques avaient déjà étudiés. Les scientifiques ont modifié le sucre dans la colonne vertébrale de la molécule de plusieurs façons. Ce faisant, ils ont observé les changements de mesure indiqués par le programme. Ils ont pu confirmer que les données générées correspondaient aux valeurs réelles acceptées.

En plus d’être un moyen de visualiser notre propre chimie génétique, le Proto-Nucleic Acid Builder est un outil utile pour les astrobiologistes. Auparavant, les programmes étaient très limités quant à votre créativité dans la conception de ces structures. La liberté offerte par les logiciels donne aux scientifiques une base pour comprendre nos propres origines et découvrir à quoi pourrait ressembler la vie dans le cosmos.

148931Contrôle des cookiesUn logiciel crée des molécules d’ADN alternatives Les scientifiques utilisent des programmes informatiques pour construire des molécules d’ADN alternatives appelées XNA. Ces XNA nous apprendront ce qui est possible pour la vie!



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