Les scientifiques aiment les défis. De celui qui dégottera la plus vieille bactérie à celui qui produira le flash le plus court du monde, les raisons de se tirer la bourre ne manquent pas. Sans oublier le jeu classique de celui qui aura la plus grosse.

Record de taille battu en Suisse

La plus grosse molécule, bien entendu. Nous sommes ici dans le champ scientifique, pas question de s’embourber dans le terrain humide de la virilité comparative.

Synthétiser, fabriquer en laboratoire la plus grosse molécule de la planète, en mettant bout à bout des petits morceaux comme dans un puzzle géant en trois dimensions, voilà un petit Graal de chimiste qui en amuse plus d’un.

Et un nouveau record est battu. Publié il y a quelques jours par l’équipe du professeur Dieter Schlüter, du département des matériaux à l’Ecole Polytechnique Fédérale de Zürich (Suisse). Equipe internationale, comme bien souvent dans la recherche fondamentale, impliquant cinq pays et huit labos, dont deux français.

Leur exploit ? La synthèse d’une molécule colossale, 600 fois plus lourde que l’hémoglobine et mesurant 1 à 2 micromètres de long, soit autant qu’une petite bactérie.

La molécule porte le nom de code PG5, et ce n’est pas n’importe qui ! Elle a une forme régulière, presque fractale, elle est stable – contrairement aux grosses bêtes synthétisées jusqu’à présent – et elle porte des milliers d’extrémités chimiquement fonctionnelles. Donc potentiellement utiles.

Recette pour la plus grosse molécule du monde

La fabrication des polymères PG1 et PG2 (A. Dieter Schlüter)

La technique de fabrication est évidemment d’une grande complexité et nécessite des dizaines de réactions successives dans des conditions réglées au quart de poil. Le principe de base est cependant assez simple (voir le schéma ci-dessus) :

• (a) on fabrique PG1, pour « polymer generation 1 ». Une molécule constituée d’un petit wagon (flèche noire) sur lequel est fixé une autre molécule en forme de Y. Au bout de chaque branche du Y, une sorte de main capable d’en attraper une autre, mais pour le moment la main est refermée. Sinon elle attrape n’importe quoi, ce qui n’est pas idéal pour une réaction chimique qu’on veut maîtriser à 100% ;
• (b) on prend simplement deux wagons qu’on colle l’un derrière l’autre. Mais le deuxième Y a la tête en bas, sinon il s’emmêle les branches avec celui du 1er wagon. Avec des milliers de ces wagons bout-à-bout, vous obtenez un train qui a de l’allure, une grosse molécule pleine de Y en double file indienne : une en haut, l’autre en bas ;
• (c) on ouvre les mains au bout des branches des Y. Elles sont prêtes pour attraper ce qu’on leur demande ;
• (d) comme ça tombe bien ! Voici qu’arrivent tout plein d’autres Y, avec en haut leurs deux mains fermées, et en bas, pile ce qu’il faut pour s’encastrer dans le creux d’une main déjà ouverte. La vie est drôlement bien faite, non ?
• (e) les nouveaux venus se fixent dans les mains ouvertes des Y du train de PG1, et forment une deuxième couche de Y. On obtient PG2, un polymère de deuxième génération. Et il suffit de répéter l’opération pour obtenir PG3, PG4... Et PG5, dernière née de l’équipe du professeur Schlüter.

Elément de base du polymère PG5 (A. Dieter Schlüter) (Cliquez pour agrandir)

L’image de PG5 présentée ci-contre n’est pas la molécule toute entière, mais un seul wagon avec ses cinq générations de Y fixées dessus.

Pour le vérifier, comptez les petits hexagones le long d’une ligne : vous en avez bien cinq depuis le wagon (juste au-dessus de « PG5 ») jusqu’à chaque extrémité, notée « BocNH ».

Cette structure de base est répétée tout au long de la molécule, constituée de milliers de wagons. Au final, les scientifiques comptent jusqu’à 340 000 extrémités « BocHN », toutes chimiquement fonctionnelles...

Une bête de laboratoire qui y restera... pour l’instant

Et nous arrivons naturellement à la question : mais à quoi cette chose peut-elle bien servir ? Et bien... Surtout à la recherche fondamentale, pour le moment. Dieter Schlüter explique que « les propriétés des polymères [la famille de molécules à laquelle appartient PG5, ndlr] dépendent en partie de la longueur de leur chaîne ». C’est-à-dire le nombre de wagons qui composent le train.

« Nous nous demandons également si l’épaisseur de la molécule [ici, les couches de Y autour des wagons, ndlr] a aussi un rôle significatif dans ces propriétés. Mais ces questions restaient irrésolues car il n’existait pas de méthode permettant d’épaissir systématiquement un polymère sur toute sa longueur. »

C’est maintenant chose faite ! En passant de PG1 à PG2, on augmente d’un coup le diamètre de toute la molécule. De PG2 à PG3, on augmente encore d’une couche de Y, etc.

Vue au microscope à force atomique des polymères PG1 à PG5 (A. Dieter Schlüter)

Les chercheurs ont désormais à disposition cinq types de polymères aux diamètres différents, et cette différence est visible : sur la photo ci-contre, prise au microscope à force atomique, de PG1 à PG5 la brillance augmente. Signe que la molécule est de plus en plus large.

Avec ces outils en main, les chercheurs analyseront l’influence de l’épaisseur d’un polymère sur sa rigidité, son élasticité, sa stabilité ou la viscosité d’un liquide dans lequel il est plongé. De quoi tirer des leçons intéressantes sur le comportement de certains types de matériaux.

Côté applications techniques, le Pr Dieter reste prudent, on en est encore loin. Les molécules comme PG5 pourraient par exemple servir de transporteurs de petites molécules : avec 340 000 extrémités chimiquement fonctionnelles, et la possibilité de replier le train de Y dans tous les sens, les pistes pour piéger de petits composés sont extrêmement nombreuses.

Applicable dans le traitement des eaux ou le transport de médicaments ? A voir. On n’amènera pas PG5 au cœur de nos cellules sans avoir vérifié qu’il ne sème pas plus la panique qu’il ne répare...

D’autres pistes d’applications sont encore possibles, mais elles sont encore plus éloignées. La recherche fondamentale reste donc l’horizon le plus proche pour l’utilisation de PG5 et ses copines. On verra bien, ensuite...

En attendant, retenons l’essentiel : un record de taille est battu, et ce sont les Suisses qui ont la plus grosse. Molécule, nous sommes bien d’accord !