Image d’ouverture.
« Boîte à outils » de protéines-moteurs naturelles. Kinésines I, II, III, myosine V, dynéine.
Dessin adapté de Vale 2003 (légendes ôtées par la rédaction)
Une grande part des recherches contemporaines en biomimétisme opère au niveau des molécules, là où toute différence semble s’estomper entre vivant et non-vivant, nature et art. De l’ADN comme « code » aux protéines « motrices », la biologie actuelle est dominée par une vision mécaniste moléculaire qui ne se limite pas au traitement de l’information mais s’étend au mouvement et à la conversion énergétique. Un théâtre de machines moléculaires. Or peut-on encore parler de biomimétisme quand la technique imite une biologie à ce point technomimétique ?
1. Fonctions de différents moteurs moléculaires de myosine (M) dans la cellule biologique
Adapté de Mermall et al. 1998 : 530
« C’est une enzyme intégrée dans la membrane des mitochondries. Elle comprend un stator et un rotor. C’est comme un barrage avec une turbine […]. La catalyse induite par le mouvement du rotor permet de transformer l’ADP phosphatase en ATP. Mais en plus, si on lui fournit de l’ATP, elle devient moteur et fournit un travail mécanique. » (David Bensimon, physicien des biomolécules, Institut de Biologie de l’ENS, entretien avec Xavier Guchet, 20 décembre 2005)
« Quand la nature fait quelque chose, on aime bien se dire que nous, chimistes des molécules, avec des systèmes artificiels, on peut s’en rapprocher. C’est très prétentieux, ambitieux […], mais si la nature sait faire des machines moléculaires rotatives, eh bien ! Nous, au labo, pourquoi pas ? » (Jean-Pierre Sauvage, chimiste, co-lauréat du Prix Nobel de chimie 2016, entretien avec X. Guchet et S. Loeve, 17 mai 2006)
2. ATP synthase
Adapté de Molecular Cell Biology, 6e éd., figure 12-24 in Lodish, H. et al. New York : W. H. Freeman & Co., 2008 : 506
1Cette étude, qui a pour terrain le Laboratoire de chimie organo-minérale (LCOM) de Strasbourg, lequel fut dirigé par J.-P. Sauvage, ne porte pas directement sur le paradigme mécaniste moléculaire en biologie mais s’intéresse aux pratiques de chimistes qui s’en inspirent pour concevoir « des machines moléculaires totalement artificielles » (Sauvage 2006). Cette expression suggère que tout en traversant les frontières entre technique et nature, ces curieux objets réinstaurent une distinction – adjectivale, modale – entre naturel et artificiel. Les machines moléculaires naturelles et artificielles sont très différentes entre elles, même s’il y a « machine » des deux côtés. Leur rapport n’est pas de modèle à copie, mais plutôt d’analogie – ce que nous ont soufflé d’autres chimistes, au Laboratoire d’électrochimie organique et de photochimie Redox (LEOPR) de Grenoble (Christophe Bucher, Damien Jouvenot et Guy Royal, entretien avec X. Guchet et S. Loeve, 27 novembre 2006).
G. Royal : On s’inspire de ce que la nature a mis des milliards d’années à faire [la photosynthèse] pour essayer de le faire à l’échelle humaine.
X. Guchet : Quand tu dis : on s’inspire de ce que la nature a fait, ça veut dire quoi ?
G. R. : Que la nature […] a eu 4,5 milliards d’années pour faire ça, donc elle a des molécules qui sont très compliquées, qui sont très grosses et qu’il ne serait pas possible pour nous de refaire parce qu’en plus il y a des tas d’équilibres très subtils entre le pH, le positionnement, des tas de choses qu’on ne pourrait pas reproduire. La meilleure chose qu’on pourrait faire, c’est broyer des feuilles et obtenir le truc […]. Donc on va se dire : est-ce que nous, avec tout ce qu’on sait faire maintenant, on peut pas essayer de faire au moins aussi bien, ou mieux que la nature…
D. Jouvenot : Avec des modèles simplifiés…
Ch. Bucher : Beaucoup plus simples !
X. G. : Vous n’essayez pas de copier à l’identique les opérations de la nature ?
G. R. : Exactement, on ne fait pas de la synthèse totale […]. On ne veut pas faire la même chose ; on s’inspire, on regarde quels sont les mécanismes ; on sait qu’il y a des mécanismes où d’abord on capte un photon, après on transfère le photon à un site actif qui lui va faire la chimie, et de l’autre côté, les électrons sont transférés ; on essaye de faire des processus analogues qui vont nous permettre éventuellement de faire la même chose ; mais ce n’est qu’une analogie, ça ressemble très peu à l’opération naturelle, à ce que fait la nature.
D. J. : Il y a aussi une phase de compréhension…
C. B. : Oui, en recréant des modèles, ça va peut-être nous aider à comprendre […]. Si on a un jour un modèle qui marche, on pourra se dire que c’est peut-être une voie pour comprendre comment ça marche dans la nature.
S. L. : Quel est le sens du mot « modèle » en chimie ? Pour les biologistes, ça veut dire autre chose…
G. R. : C’est vrai, et si vous parlez à un chimiste théoricien, pour lui un modèle ce sera juste un calcul qui va lui donner une forme approchée d’une molécule, une représentation d’une molécule. Nous, un modèle, c’est plus… fonctionnel. Il faut que ça fonctionne de la même façon, il faut qu’il y ait analogie. […] Ce sera complètement différent mais fonctionnellement il fera la même chose… Donc nous, notre définition de modèle, c’est plus une analogie : c’est avoir un analogue.
2L’article proposé explore la manière dont l’analogie nature-technique structure les pratiques de conception des machines moléculaires artificielles. Ce faisant, il offre une autre lecture du biomimétisme. Car l’analogie peut aussi fonctionner dans l’autre sens, comme lorsque ces chimistes reconnaissent dans la nature des analogues de leurs créatures de synthèse. Tout se passe alors comme si c’était la nature qui imitait leur art chimique…