Éliminer l’inconnu chimique : les scientifiques sont à la recherche des 99 % restants

Par Pacific Northwest National Laboratory27 août 2023

Les scientifiques du laboratoire national du nord-ouest du Pacifique du ministère de l'Énergie développent de nouvelles techniques de spectrométrie de masse pour identifier les 99 % des composés chimiques non encore caractérisés. Combinant deux instruments à haute résolution, ils visent à découvrir des remèdes potentiels contre les maladies, à lutter contre le changement climatique et à identifier de nouvelles menaces chimiques.

L’univers regorge de milliards de produits chimiques possibles. Malgré l’arsenal de technologies avancées dont ils disposent, les chercheurs n’ont identifié la composition moléculaire que d’une infime partie, peut-être environ 1 %, de ces composés.

Les scientifiques du Laboratoire national du nord-ouest du Pacifique (PNNL) du ministère de l'Énergie s'attaquent aux 99 % restants, créant ainsi de nouvelles façons d'en apprendre davantage sur une vaste mer de composés inconnus. Il peut y avoir des remèdes contre les maladies, de nouvelles approches pour lutter contre le changement climatique ou de nouvelles menaces chimiques ou biologiques cachées dans l’univers chimique.

Ce travail fait partie d’une initiative connue sous le nom de m/q ou « m sur q » – un raccourci pour masse divisée par charge, qui représente l’une des façons dont les scientifiques mesurent les propriétés chimiques dans le monde de la spectrométrie de masse.

"À l'heure actuelle, nous pouvons prélever un échantillon du sol où, selon le type de sol, il peut y avoir des milliers de composés chimiques dans une seule cuillère à café", a déclaré Thomas Metz, responsable de l'initiative m/q. « Et nous ne savons pas quelle est la plupart d’entre eux en termes de structure chimique. Nous n’avons tout simplement aucune idée de ce qu’il y a dedans.

Les scientifiques s’appuient généralement sur des bibliothèques de référence contenant des informations sur des milliers de molécules pour identifier les substances. Les chercheurs trient leurs échantillons provenant du sol, du corps ou ailleurs et comparent ce qu'ils ont mesuré expérimentalement à ce qui se trouve dans la bibliothèque. Bien que cela soit utile, cela limite les scientifiques à identifier uniquement structurellement des molécules qui ont déjà été observées, par exemple en analysant des composés standards achetés auprès de fournisseurs de produits chimiques.

Adam Hollerbach avec un appareil SLIM créé au Pacific Northwest National Laboratory. Crédit : Andrea Starr | Laboratoire national du nord-ouest du Pacifique

Les scientifiques m/q s'attaquent aux 99 % restants qui n'ont pas encore été identifiés.

Dans le dernier développement, une équipe dirigée par le scientifique Adam Hollerbach a combiné deux instruments à haute résolution en un seul système pour dimensionner les molécules avec des détails sans précédent. Les résultats ont été publiés en ligne le 12 juin dans la revue Analytical Chemistry.

Désormais, les scientifiques peuvent effectuer plusieurs mesures importantes sur des composés chimiques au cours d’une seule expérience, obtenant ainsi des informations importantes plus rapidement, plus facilement et avec plus de précision qu’auparavant.

La technique de Hollerbach s'applique aux ions, molécules qui ont une charge positive ou négative. Cela les rend plus faciles à contrôler et à détecter par spectrométrie de masse.

Comme les personnes qui les étudient, les ions possèdent de nombreuses caractéristiques qui les distinguent les uns des autres. Chez les humains, le poids, la couleur des cheveux, la taille, la forme, la couleur des yeux et bien d’autres caractéristiques nous aident à savoir qui est qui. Pour les ions, les caractéristiques d'identification comprennent la masse, la forme, la taille, la charge électrique et la composition chimique. Ceux-ci servent non seulement d'identifiants, mais aussi de guides sur le comportement des molécules associées, des indices sur leur potentiel à guérir des maladies ou à absorber des polluants, par exemple.

Cette compréhension devrait aider les efforts des nombreux scientifiques du PNNL qui se concentrent sur la compréhension de l’effet des microbes sur le climat. Les microbes jouent un rôle clé dans la transformation d’éléments comme le carbone en d’autres formes importantes pour la planète. Leur impact sur le réchauffement ou le refroidissement de la planète est considérable. Mais les scientifiques ont encore beaucoup à apprendre.

« Il peut y avoir des millions de microbes dans seulement un gramme de sol, et nous ne savons pas qui sont la plupart d'entre eux ni ce qu'ils font. Il y a encore beaucoup de découvertes à faire », a déclaré Metz. "Du point de vue du défi scientifique, il s'agit soit du pire des cas, soit de l'une de nos plus grandes opportunités, selon la façon dont vous le regardez."