Prix Nobel pour la simulation de processus chimiques

Qui ne se souvient pas des cours de chimie, ces modèles moléculaires composés de sphères et d'états-majors colorés censés représenter les éléments et les composés chimiques ? Non seulement ces modèles sont rigides, mais ils sont aussi extrêmement limités en ce qui concerne la taille et la complexité de la molécule. Le mouvement des atomes et les différentes étapes d'une réaction chimique sont longtemps restés cachés aux yeux des chercheurs. Mais ensuite, l'ordinateur a fait son entrée en chimie et, avec lui, la possibilité de reproduire de manière réaliste les molécules et les processus chimiques à l'aide de simulations et de les étudier en détail.

Le comité Nobel a récompensé aujourd'hui à Stockholm le développement de telles simulations biomoléculaires : Martin Karplus (Harvard University), Michael Levitt (Stanford University) et Arieh Warshel (University of Southern California, Los Angeles) re?oivent le prix Nobel de chimie pour leurs travaux sur la modélisation biomoléculaire. En combinant des simulations de mécanique quantique avec des techniques de simulation newtoniennes classiques, et en les simplifiant ainsi, ils ont rendu possible la modélisation de biomolécules même très complexes, comme les protéines. Ces modèles informatiques ont révolutionné la recherche sur les processus moléculaires.

Coup d'envoi avec une protéine composée de 58 particules

"Warshel, Levitt et Karplus ont fortement influencé le développement de la simulation biomoléculaire", déclare Wilfred van Gunsteren, professeur émérite de chimie assistée par ordinateur à l'ETH Zurich. Le champ de recherche a débuté lors d'un atelier organisé à Paris en 1976, peu après deux publications décisives des trois chercheurs qui viennent d'être élus. C'est lors de cet atelier qu'une protéine a été simulée pour la première fois sur ordinateur, se souvient van Gunsteren.

Cette première protéine in silico avait certes une structure très simple, puisqu'elle ne comportait que 58 particules, appelées acides aminés. Mais depuis, le domaine a fait d'énormes progrès. En 1996, van Gunsteren et ses collègues ont publié un modèle de la protéase du VIH, une enzyme du virus VIH qui provoque le SIDA, avec 21 000 atomes. Gr?ce à de nouveaux algorithmes, les modèles informatiques d'interactions et de processus chimiques sont aujourd'hui encore constamment améliorés. Aujourd'hui, ces modèles représentent des molécules de plus de 100'000 atomes.

Conception de nouvelles substances actives dans un modèle informatique

"Presque toutes les structures protéiques que nous connaissons ont été décryptées à l'aide de simulations informatiques", explique van Gunsteren. La connaissance de ces structures permet par exemple aux chercheurs de développer de nouveaux médicaments. Les modèles informatiques sont également utilisés pour concevoir des molécules qui inhibent les processus vitaux d'un agent pathogène et le rendent ainsi inoffensif. Gr?ce à de telles modélisations, une nouvelle génération de médicaments contre le VIH a pu être développée dans les années 1990, ce qui a considérablement amélioré les chances de survie des patients atteints du SIDA.

"Dans l'expérience, nous sommes très limités dans ce que nous pouvons voir", explique Peter Chen, professeur de chimie physico-organique à l'ETH Zurich. "Les simulations informatiques permettent en revanche d'étudier chaque aspect souhaité d'un processus dans les moindres détails". Alors qu'il était professeur assistant à Harvard au début des années 1990, Chen a fait la connaissance de Karplus et se souvient que celui-ci prenait grand plaisir à ses recherches. "C'est une bénédiction d'aimer ce que l'on fait, et Karplus semblait toujours le faire".

"Bien que d'innombrables chercheurs aient contribué à la modélisation des processus chimiques, Karplus, Warshel et Levitt sont à l'origine de cette évolution et ont fait progresser ce domaine de manière décisive pendant plus de trois décennies", déclare van Gunsteren, "le prix Nobel est donc très mérité".