Les ondes radio contrôlent la chimie de spin des protéines, ouvrant de nouvelles frontières pour la biotechnologie

La biologie quantique a longtemps laissé entrevoir que les organismes vivants exploitent une chimie basée sur le spin de manières que la science commence à peine à comprendre. Une nouvelle étude publiée dans Nature Biotechnology apporte des preuves expérimentales frappantes que cette physique peut être exploitée et contrôlée de l'extérieur, ouvrant un chapitre entièrement nouveau en bioingénierie.

Des chercheurs de la Technische Universität München, de l'Université de Fribourg-en-Brisgau et de l'Université de Marbourg se sont penchés sur une classe de protéines appelées flavoprotéines — plus précisément la cryptochrome, une protéine impliquée dans les rythmes circadiens et proposée comme capteur magnétique chez les animaux, ainsi qu'une protéine light-oxygen-voltage (LOV) modifiée par ingénierie. Lorsque ces protéines sont illuminées, elles génèrent des paires d'électrons éphémères aux états de spin quantique corrélés, connues sous le nom de paires radicalaires.

La découverte clé est que ces paires radicalaires photogénérées peuvent être directement manipulées par des impulsions radiofréquences (RF) — la même physique de base qui sous-tend la technologie IRM. En appliquant des impulsions RF associées à des gradients de champ magnétique, les chercheurs ont démontré la détection de champ magnétique et la modulation spatialement résolue de la photoluminescence des protéines. En d'autres termes, ils pouvaient augmenter ou diminuer l'émission lumineuse des protéines à l'aide d'ondes radio.

Cela établit les protéines biologiques comme une plateforme viable pour des systèmes de spin adressables optiquement — un domaine qui relevait jusqu'alors des matériaux quantiques synthétiques, tels que les centres à lacune azotée dans le diamant. La nature biologique de la plateforme est significative : les protéines sont biocompatibles, génétiquement encodables et potentiellement déployables à l'intérieur de cellules vivantes.

Pour la longévité et la médecine, les implications sont spéculatives mais profondes. Si la chimie des paires radicalaires à spin peut être contrôlée dans des systèmes vivants, il pourrait devenir possible de moduler l'activité enzymatique, la signalisation cellulaire ou l'expression génique par stimulation non invasive par ondes radio. La biologie circadienne et la recherche sur la magnétoréception sont également susceptibles d'en bénéficier directement. Parmi les réserves à formuler, il convient de souligner qu'il s'agit d'une étude préliminaire de preuve de concept, et que la translation clinique demeure lointaine.