Discrimination and Sequencing of Polymers with Biological Nanopores

Interaction de polymères naturels et synthétiques avec des pores protéiques La technique de détection à l'aide de nanopores au niveau de la molécule unique est l'une des plus puissantes pour l'analyse de diverses molécules, dont les polymères biologiques et synthétiques, les protéines et les peptides, les molécules de sucre ou les nanoparticules métalliques. Ces pores peuvent également servir de plate-forme pour l'étude de phénomènes physiques et biologiques fondamentaux. Dans le cadre de l'analyse de molécules, ce travail, expérimenté en utilisant la technique de la peinture de bicouche lipidique, porte principalement sur la détection des polymères et leur utilité pour sonder les processus fondamentaux des de l'α-hémolysine et de l'aérolysine.Le premier chapitre de résultats décrit l’analyse des flux à travers l'hémolysine et l'aérolysine à l’aide des polyéthylèneglycols (PEG) et des α-cyclodextrines, ainsi que les effets des sels de KCl et de LiCl sur l'interaction des PEG avec ces pores. L'une des principales conclusions est qu'il existe un flux électoosmotique plus fort dans l'aérolysine, responsable du transport des molécules neutres, les α-cyclodextrines. La seconde constatation concerne la dynamique des PEG avec les nanopores qui semblait être fortement dépendante du sel, montrant des différences drastiques de fréquence et de durée d’interaction en fonction de la tension pour les deux sels, bien que la détection de la masse de PEG dans les deux conditions indique que la nature de l'interaction avec le pore est similaire dans les deux types de sels.Le but des travaux présentés dans le deuxième chapitre de résultats était de détecter les polymères de précision et à trouver les meilleures conditions pouvant conduire à leur séquençage avec des nanopores. Des homopolymères et copolymères de poly(phosphodiester)s ont été sondés en utilisant l'hémolysine, l'aérolysine et MspA. Le premier type de polymères étudiés contenant une amorce 3-polythymidine et une suite de comonomères de type (0) a montré une forte interaction avec les pores qui a été interprétée comme la promotion de la liaison avec les pores, due à l'amorce d’ADN simple brin, combinée à une grande flexibilité du premier type de polymères. Les polymères qui contenaient des chaînes latérales alcyne et triazole se sont révélés avoir des interactions plus complexes, mais ont interagi pendant des durées plus courtes avec les pores indiquant qu'ils étaient plus rigides. Le second type de polymères semble s’agréger en solution du fait de l’interaction entre les chaînes latérales, ce qui prouve l’importance de la caractérisation de ces molécules en solution par diffusion de rayons, dans le cadre de la détection et finalement de leur séquençage.L'étude du troisième chapitre de résultats, a porté sur la dynamique de petits oligonucléotides avec le pore d’aerolysine. Les polyadénines (A3, A4, A5) ont montré une dynamique complexe d’interaction avec le pore, qui a été étudiée par l'analyse et la quantification des différentes propriétés des événements. L'ensemble du processus s'est avéré être régi par deux sites de liaison et des barrières énergétiques à l'intérieur du pore que les molécules doivent surmonter. Ces résultats ont été combinés à un modèle cinétique qui a permis une description complète de la liaison et de la translocation (ou son non succès) des polyadénines.Le dernier chapitre des résultats décrit l’interaction de plus grandes polyadénines (A6-A7-A8-A9-A10) avec l’aérolysine. L’analyse de l'amplitude des courants des blocs induits par l'adénine à l'intérieur de ce pore montre une interaction dépendante de l'orientation des molécules avec le pore. Cette interaction dépendante de l'orientation a commencé à apparaître pour la molécule A7 et est devenue l'effet dominant pour A9 et A10. En raison de la flexibilité de l'ANDsb, cet effet n'est pas observé pour les molécules de plus petite taille (A6 et inférieures) en raison de leur possibilité de réorientation à l'intérieur du pore.