Le transport des électrons par des protéines est un mécanisme central de la vie, impliqué notamment dans la production, le stockage et l'utilisation de l'énergie dans de nombreux processus biologiques. La découverte récente de conduction dans des nanofils bactériens connectés à des électrodes permet d’envisager le développement d’une électronique basée sur les protéines. Cependant, la constitution en protéine, la structure et le mode de transport électronique de ces nanofils « naturels » sont encore loin d’être connus, ce qui bloque leur utilisation directe en bio-électronique.

Des chercheurs de notre laboratoire Chimie se sont inspirés de l’architecture de systèmes bactériens afin de développer un nanofil conducteur constitué uniquement de protéines.
Afin de réaliser un tel matériau, ils avaient dans un premier temps étudié les mécanismes moléculaires de l’assemblage de deux protéines au sein de structures supra-moléculaires afin de comprendre les mécanismes impliqués pour la conception rationnelle de nouveaux biomatériaux.
Le nanofil qu’ils viennent de concevoir est réalisé à partir d’une protéine chimère obtenue par des méthodes de biochimie. Cette protéine est constituée d’un domaine prion capable de s’auto-assembler sous forme de fibres amyloïdes, sur lequel est greffé une protéine dont la fonction est le transport d’électrons (une rubrédoxine) (Figure). Le domaine prion choisi appartient à la famille des prions fonctionnels, c’est-à-dire non impliqué dans une maladie et possédant un rôle fonctionnel dans l’organisme dont il est issu (ici un champignon filamenteux). La présence du domaine prion permet la formation d’une fibre par auto-assemblage. Cette nano-fibre expose alors à sa surface des rubrédoxines suffisamment proches les unes des autres (moins de 1 nm) pour transporter les électrons d’un bout à l’autre de la fibre, par sauts successifs. La conductivité et le mode de transfert des électrons ont en effet été mis en évidence par électrochimie. Les chercheurs ont montré que les nanofils protéiques qu’ils ont synthétisés permettent le transport d’électrons entre une électrode de carbone vitreux et une enzyme (la lactase) sur une distance de plusieurs micromètres (Figure), à l’image de ce qui est observé pour les nanofils bactériens qui permettent l’échange d’électrons entre le milieu extérieur et des enzymes au sein de la bactérie.

Ces nouveaux types de nanofils ouvrent la voie au développement d’une électronique biocompatible et biodégradable, pouvant être intégrée dans de l’électronique jetable ou dans des dispositifs médicaux, comme par exemple des bio-capteurs ou des bio-piles.