Discrimination and Sequencing of Polymers with Biological Nanopores

La technique de detection a l'aide de nanopores au niveau de la molecule unique est l'une des plus puissantes pour l'analyse de diverses molecules, dont les polymeres biologiques et synthetiques, les proteines et les peptides, les molecules de sucre ou les nanoparticules metalliques. Ces pores peuvent egalement servir de plate-forme pour l'etude de phenomenes physiques et biologiques fondamentaux. Dans le cadre de l'analyse de molecules, ce travail, experimente en utilisant la technique de la peinture de bicouche lipidique, porte principalement sur la detection des polymeres et leur utilite pour sonder les processus fondamentaux des de l'α-hemolysine et de l'aerolysine.Le premier chapitre de resultats decrit l’analyse des flux a travers l'hemolysine et l'aerolysine a l’aide des polyethyleneglycols (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 electoosmotique plus fort dans l'aerolysine, responsable du transport des molecules neutres, les α-cyclodextrines. La seconde constatation concerne la dynamique des PEG avec les nanopores qui semblait etre fortement dependante du sel, montrant des differences drastiques de frequence et de duree d’interaction en fonction de la tension pour les deux sels, bien que la detection 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 presentes dans le deuxieme chapitre de resultats etait de detecter les polymeres de precision et a trouver les meilleures conditions pouvant conduire a leur sequencage avec des nanopores. Des homopolymeres et copolymeres de poly(phosphodiester)s ont ete sondes en utilisant l'hemolysine, l'aerolysine et MspA. Le premier type de polymeres etudies contenant une amorce 3-polythymidine et une suite de comonomeres de type (0) a montre une forte interaction avec les pores qui a ete interpretee comme la promotion de la liaison avec les pores, due a l'amorce d’ADN simple brin, combinee a une grande flexibilite du premier type de polymeres. Les polymeres qui contenaient des chaines laterales alcyne et triazole se sont reveles avoir des interactions plus complexes, mais ont interagi pendant des durees plus courtes avec les pores indiquant qu'ils etaient plus rigides. Le second type de polymeres semble s’agreger en solution du fait de l’interaction entre les chaines laterales, ce qui prouve l’importance de la caracterisation de ces molecules en solution par diffusion de rayons, dans le cadre de la detection et finalement de leur sequencage.L'etude du troisieme chapitre de resultats, a porte sur la dynamique de petits oligonucleotides avec le pore d’aerolysine. Les polyadenines (A3, A4, A5) ont montre une dynamique complexe d’interaction avec le pore, qui a ete etudiee par l'analyse et la quantification des differentes proprietes des evenements. L'ensemble du processus s'est avere etre regi par deux sites de liaison et des barrieres energetiques a l'interieur du pore que les molecules doivent surmonter. Ces resultats ont ete combines a un modele cinetique qui a permis une description complete de la liaison et de la translocation (ou son non succes) des polyadenines.Le dernier chapitre des resultats decrit l’interaction de plus grandes polyadenines (A6-A7-A8-A9-A10) avec l’aerolysine. L’analyse de l'amplitude des courants des blocs induits par l'adenine a l'interieur de ce pore montre une interaction dependante de l'orientation des molecules avec le pore. Cette interaction dependante de l'orientation a commence a apparaitre pour la molecule A7 et est devenue l'effet dominant pour A9 et A10. En raison de la flexibilite de l'ANDsb, cet effet n'est pas observe pour les molecules de plus petite taille (A6 et inferieures) en raison de leur possibilite de reorientation a l'interieur du pore.