Les chercheurs ont découvert l’impact significatif du spin nucléaire sur les processus biologiques, en particulier sur la dynamique de l’oxygène dans les environnements chiraux. Cette percée pourrait révolutionner la biotechnologie, la biologie quantique, la séparation isotopique et la technologie RMN. Crédit : PNAS
Une équipe de recherche dirigée par le professeur Yossi Paltiel de l’Université hébraïque de Jérusalem avec des groupes de HUJI, Weizmann et IST Autriche a récemment mené une étude révélant l’influence significative du spin nucléaire sur les activités biologiques. Cette découverte remet en question des hypothèses de longue date et ouvre des possibilités passionnantes de progrès en biotechnologie et en biologie quantique.
Les scientifiques ont longtemps cru que la rotation nucléaire n’avait aucun impact sur les processus biologiques. Cependant, des recherches récentes ont montré que certains isotopes se comportent différemment en raison de leur spin nucléaire. L’équipe s’est concentrée sur les isotopes stables de l’oxygène (16O, 17O, 18O) et a découvert que le spin nucléaire affecte de manière significative la dynamique de l’oxygène dans les environnements chiraux, en particulier son transport.
Professeur Yossi Paltiel, Université hébraïque. Crédit : Université hébraïque de Jérusalem
Les résultats, publiés dans le prestigieux Actes de l’Académie nationale des sciences (PNAS)ont des implications potentielles pour la séparation contrôlée des isotopes et pourraient révolutionner la technologie de résonance magnétique nucléaire (RMN).
Le professeur Yossi Paltiel, chercheur principal, s’est dit enthousiasmé par l’importance de ces résultats. Il a déclaré : « Nos recherches démontrent que le spin nucléaire joue un rôle crucial dans les processus biologiques, ce qui suggère que sa manipulation pourrait conduire à des applications révolutionnaires en biotechnologie et en biologie quantique. Cela pourrait potentiellement révolutionner les processus de fractionnement isotopique et ouvrir de nouvelles possibilités dans des domaines tels que la RMN.
L’histoire en détail
Les chercheurs ont étudié le comportement « étrange » de minuscules particules dans les êtres vivants, finançant certains endroits où les effets quantiques modifient les processus biologiques. Par exemple, l’étude des effets quantiques de la navigation des oiseaux pourrait aider certains oiseaux à trouver leur chemin lors de longs voyages. Chez les plantes, l’utilisation efficace de la lumière solaire comme source d’énergie est affectée par des effets quantiques.
Cette connexion entre le petit monde des particules et les êtres vivants remonte probablement à des milliards d’années, lorsque la vie a commencé et que des molécules ayant une forme particulière appelée chiralité sont apparues. La chiralité est importante car seules les molécules ayant la bonne forme peuvent effectuer les tâches dont elles ont besoin chez les êtres vivants.
Le lien entre la chiralité et la mécanique quantique a été découvert dans le « spin », qui ressemble à une minuscule propriété magnétique. Les molécules chirales peuvent interagir différemment avec les particules en fonction de leur spin, créant ce qu’on appelle la sélectivité de spin induite chirale (CISS).
Les scientifiques ont découvert que le spin affecte de minuscules particules, comme les électrons, dans des processus vivants impliquant des molécules chirales. Ils voulaient voir si le spin affectait également les particules plus grosses, comme les ions et les molécules qui constituent la base du transport biologique. Ils ont donc fait des expériences avec des particules d’eau ayant des spins différents. Les résultats ont montré que le spin influence le comportement de l’eau dans les cellules, en entrant à différentes vitesses et en réagissant de manière unique lorsque des molécules chirales sont impliquées.
Cette étude met en évidence l’importance du spin dans les processus de la vie. Comprendre et contrôler la rotation pourrait avoir un impact important sur le fonctionnement des êtres vivants. Cela pourrait également contribuer à améliorer l’imagerie médicale et à créer de nouvelles façons de traiter les maladies.
La recherche est le fruit d’un effort de collaboration entre des scientifiques de diverses institutions, dont l’Institut des sciences de la Terre et des sciences de la vie en hébreu et l’Institut Weizmann, avec l’étude dirigée par le Département de physique appliquée de l’Université hébraïque.
Financement : NMS reconnaît le soutien du ministère de l’Énergie d’Israël, dans le cadre du programme de bourses pour les étudiants diplômés dans les domaines de l’énergie. ML reconnaît le soutien de la subvention de démarrage n° 801770 du Conseil européen de la recherche (ERC) (ANGULON).
