Nous avons fait un petit projet d’impression de “virus” en 3D à l'aide du Faclab, pour la nuit des musées à l'université qui a eu lieu le samedi 21 mai 2022. 

Plus précisément, on s'est intéressé à l’auto-assemblage des enveloppes de virus, composées de protéines identiques [gris] qui s'emboîtent pour isoler le matériel génétique du virus [violet] dans un volume fermé. L’enveloppe du virus sans les protéines de coiffe [rose] est appelée capside. 

En fait, lorsqu’un virus infecte une cellule, celle-ci va produire de nouveaux virus en synthétisant les protéines qui le composent. Il y a donc des protéines d’enveloppe dans le cytoplasme qui doivent se “trouver” pour assembler la capside.
De manière simplifiée, on peut assimiler ce processus d’assemblage à une combinaison d’agitation thermique et d'attraction protéique à courte portée.

Pour capturer ceci à notre échelle, nous avons réutilisé l’idée d’une enveloppe faite de 12 pentagones (https://www.sciencewithinreach.com/self-assembling-virus-kit-2/) emboités par de petits aimants collés (10 par pentagone soit 120 par ‘capside’), comme indiqué ci-dessous.

D’un point de vue technique, nous sommes partis de plans d’impression libres d'accès https://3dprint.nih.gov/discover/3dpx-000280 pour construire en 3D les pentagones grâce à l’aide fournie par le Faclab.

On a utilisé du PLA car il a une meilleure tenue pour la colle des aimants. Les aimants font ici 3mm de diamètre et 2mm de hauteur (le trou du pentagone faisant 1.5mm). On a également utilisé des aimants de 1mm de hauteur ce qui réduit leur contact et donc leur force d’attraction, mais l’assemblage est toujours possible.

Les aimants représentent l’interaction protéique à courte portée, et on simule le bruit thermique en agitant les 12 pièces dans une boîte fermée. Comme dans la nature ou une température trop basse ne permet pas aux protéines d’interagir, tandis qu’une température trop haute détruit tout assemblage, on observe qu’une agitation modérée conduit à l'assemblage spontané de notre ‘capside’. 

Pour illustrer la notion d’agitation thermique au grand public, on a utilisé l'expérience classique d’une goutte d’encre dans de l’eau bouillante ou glacée, montrant que la diffusion de petites particules comme des protéines de virus sera plus importante à température élevée mais trop faible à température basse.

Cet outil pédagogique correspond évidemment à une vision ultra-simplifiée de la biologie sous-jacente, puisque le matériel génétique doit également être enfermé au fur-et-à mesure, mais il peut donner une première intuition des mécanismes en jeu à des échelles imperceptibles pour nos sens. Quatre ‘capsides’ ont été fabriqués (48 pentagones au total) et ils sont évidemment disponibles si cela vous intéresse pour un quelconque événement.

Un grand merci à David Ott pour avoir réalisé l’ensemble des impressions et pour nous avoir conseillé sur les choix du matériau et des aimants! 

Mathieu Dedenon & Ludovic Dumoulin, membres du groupe Kruse, département de Biochimie, Unige