Principales avancées scientifiques et tendances émergentes pour 2023

Le rythme de l'innovation ne ralentit jamais et l'impact de ces progrès scientifiques redéfinira notre manière de vivre, de travailler et de nous connecter avec le monde qui nous entoure.  

Vous souhaitez garder une longueur d'avance sur les tendances émergentes ? 

Une nouvelle ère dans l'exploration spatiale

Est-il nécessaire de vous rappeler l'immensité incroyable de notre univers ? Les toutes premières photos prises par le télescope spatial James Webb sont impressionnantes. Bien qu'il s'agisse du télescope le plus techniquement avancé et le plus puissant jamais construit, les enseignements qu'il nous apporte sur notre univers aboutiront à de futures missions et explorations pour les générations à venir. Récemment, une nouvelle mission vers la Lune a été lancée dans le cadre du programme Artemis de la NASA, qui ouvrira la voie vers une future mission vers Mars. Cette nouvelle ère de l'exploration spatiale entraînera des progrès technologiques dans des domaines qui vont au-delà de l'astronautique et stimuleront les progrès dans des applications concrètes telles que les matériaux, la science alimentaire, l'agriculture et même les cosmétiques.

Un jalon dans les prédictions concernant l'IA

Depuis des décennies, la communauté scientifique s'efforce de mieux comprendre les relations entre les fonctions des protéines et les structures en 3D. En juillet 2022, Deep Mind a révélé que la structure en 3D pliée d'une molécule de protéine peut être prédite à partir de sa séquence linéaire d'acides aminés à l'aide des algorithmes AlphaFold2, RoseTTAFold et trRosettaX-Single. Les prédictions des algorithmes ont réduit le nombre de protéines humaines aux données structurelles inconnues de 4 800 à seulement 29. Même si l'IA présentera toujours des défis, l'aptitude à prédire les structures des protéines entraîne des implications dans toutes les sciences de la vie. Les principaux défis futurs comprennent la modélisation des protéines avec des propriétés intrinsèques désordonnées et de celles qui modifient les structures par des modifications post-traductionnelles ou en fonction des conditions environnementales. Au-delà de la modélisation des protéines, les progrès de l'IA continuent à transformer et à développer les capacités de découverte dans de nombreux secteurs et disciplines.

Développement des tendances de la biologie synthétique

La biologie synthétique a le potentiel de redéfinir les voies de la synthèse en utilisant des systèmes d'ingénierie biologique (tels que les microorganismes, pour lesquels une grande partie ou l'intégralité du génome a été conçue ou pensée) afin de fabriquer un certain nombre de biomolécules et de matériaux tels que des thérapies, des arômes, des tissus, des aliments et des carburants. Par exemple, on pourrait produire de l'insuline sans recourir au pancréas de porc, du cuir sans vaches et de la soie d'araignée sans araignées. Le potentiel dans les sciences de la vie seulement est incroyable, mais lorsqu'elle est appliquée aux industries de fabrication, la biologie synthétique pourrait minimiser les défis futurs pour la chaîne d'approvisionnement, augmenter l'efficacité et créer de nouvelles opportunités pour les biopolymères ou des matériaux alternatifs en adoptant des approches plus durables. Aujourd'hui, les équipes utilisent la modélisation métabolique basée sur l'IA, les outils CRISPR et les circuits génétiques synthétiques pour contrôler le métabolisme, manipuler l'expression génique et créer des voies pour la bioproduction. Tandis que cette discipline commence à se propager dans de multiples secteurs, les derniers développements et les tendances émergentes pour le contrôle du métabolisme et les défis de l'ingénierie ont été présentés dans un article du Journal of Biotechnology en 2022.

La métabolomique unicellulaire devrait prendre son essor

Même si de nombreux progrès ont été réalisés dans le séquençage et la cartographie génétique, la génomique nous indique seulement ce dont une cellule est capable. Afin de mieux comprendre les fonctions cellulaires, les approches de protéomique et de métabolomique offrent différents angles pour révéler des profils moléculaires et des voies cellulaires. La métabolomique unicellulaire donne un aperçu du métabolisme cellulaire au sein d'un système biologique. Le défi tient au fait que les métabolomes évoluent rapidement et que la préparation d'échantillons est essentielle pour comprendre la fonction cellulaire. Collectivement, une série de progrès récents dans la métabolomique unicellulaire (qu'il s'agisse de techniques en open-source, des algorithmes d'IA avancés, des préparations d'échantillons ou de nouvelles formes de spectrométrie de masse) démontre l'aptitude à réaliser des analyses de spectre de masse. Cela permet aux chercheurs de déterminer la population de métabolytes cellule par cellule, ce qui déverrouillerait un énorme potentiel pour les diagnostics. À l'avenir, cela pourrait aboutir à une aptitude à détecter une seule cellule cancéreuse dans un organisme. Associée à de nouvelles méthodes de détection des biomarqueurs, aux dispositifs médicaux portables et à l'analyse des données assistée par IA, cette gamme de technologies améliorera les diagnostics et les vies.

Les nouveaux catalyseurs favorisent une production d'engrais plus verts

Chaque année, des milliards de personnes dépendent des engrais pour la production ininterrompue de nourriture et la réduction de l'empreinte carbone et des dépenses en production d'engrais transformerait l'impact de l'agriculture sur les émissions. Le procédé Haber-Bosch pour la production d'engrais convertit l'azote et l'hydrogène en ammoniac. Pour réduire les besoins en énergie, les chercheurs de Tokyo Tech ont développé un catalyseur de nitrures sans métaux nobles qui contient un métal de transition catalytiquement actif (Ni) sur un support de nitrure de lanthane stable en présence d'humidité. Comme le catalyseur ne contient pas de ruthénium, il représente une option économique pour réduire l'empreinte carbone de la production d'ammoniac. Le support La-IA-N, associé à des métaux actifs comme le nickel et le cobalt (Ni, Co), produisait du NH3 à des vitesses similaires à celles des catalyseurs traditionnels à nitrure de métal. Pour en savoir plus sur la production d'engrais durables, lisez notre dernier article.

Progrès de la médecine à ARN

Même si l'utilisation de l'ARNm dans les vaccins contre la COVID-19 a suscité un grand intérêt, la véritable révolution de la technologie de l'ARN ne fait que commencer. Un nouveau vaccin contre la grippe à base d'ARNm modifié par des nucléosides multivalents a été développé récemment. Ce vaccin a le potentiel de construire une protection immunitaire contre n'importe lequel des 20 sous-types connus du virus de la grippe et de protéger contre les épidémies futures. De nombreuses maladies génétiques rares constituent la cible suivante pour les thérapies à ARNm, car il leur manque souvent une protéine vitale qui pourrait être réparée en remettant en place une protéine saine dans le cadre d'une thérapie par ARNm. Outre les traitements par ARNm, le pipeline clinique compte de nombreux candidats thérapeutiques à base d'ARN visant de multiples formes de cancers et de pathologies sanguines et pulmonaires. L'ARN est hautement ciblé, polyvalent et facile à personnaliser, ce qui permet de l'utiliser contre un large éventail de maladies. Pour en savoir plus sur le pipeline clinique très chargé et les tendances émergentes des technologies de l'ARN, lisez notre dernier rapport CAS Insights.

Transformation squelettique rapide

Au sein de la chimie synthétique, le défi lié à l'échange sûr d'un seul atome dans une trame moléculaire ou à l'insertion et à l'élimination d'atomes uniques dans un squelette moléculaire était considérable. Bien que de nombreuses méthodes aient été développées pour fonctionnaliser des molécules avec des substituants périphériques (comme l'activation C-H), l'une des premières méthodes pour procéder à des modifications d'un seul atome sur les squelettes de composés organiques a été développée par le groupe de Mark Levin à l'université de Chicago. Cela permet une scission sélective du lien N-N des cœurs de pyrazole et d'indazole pour produire des pyrimidines et des quinazolines. Un développement supplémentaire des méthodes d'édition squelettique permettrait une diversification rapide des molécules disponibles dans le commerce, ce qui entraînerait des découvertes beaucoup plus rapides de molécules fonctionnelles et de candidats médicaments idéaux.

Progrès de la régénération des membres

On prévoit que plus de 3,6 millions de personnes seront affectées chaque année par la perte d'un membre d'ici à 2050. Pendant très longtemps, les scientifiques ont pensé que l'élément clé unique permettant la régénération des membres était la présence de nerfs. Toutefois, les travaux menés par le Dr Muneoka et son équipe ont démontré l'importance de la charge mécanique pour la régénération des doigts chez les mammifères et prouvé que l'absence d'un nerf n'empêche pas la régénération. Les progrès de la régénération des membres ont également été obtenus par les chercheurs de l'université Tufts qui ont utilisé l'administration de plusieurs médicaments aigus via un bioréacteur portable pour activer avec succès la régénération des membres chez les grenouilles. Ce succès précoce pourrait éventuellement aboutir à de nouveaux progrès dans la réingénierie de tissus plus complexes, lesquels pourraient profiter aux anciens combattants, aux diabétiques et autres personnes affectées par des amputations et des traumatismes.

La fusion nucléaire génère plus d'énergie nette avec l'allumage

La fusion nucléaire est le processus qui alimente le soleil et les étoiles. Pendant des décennies, on a pensé que répliquer la fusion nucléaire sur terre en tant que source d'énergie pourrait en théorie permettre de répondre à tous les besoins futurs de la planète en termes d'énergie. L'objectif est de forcer les atomes de lumière à entrer en collision avec une telle puissance qu'ils fusionneraient et libéreraient plus d'énergie qu'ils n'en consomment. Toutefois, pour surmonter le problème de la répulsion électrique entre les noyaux positifs, il faut atteindre des températures et des pressions très élevées. Une fois ce problème surmonté, la fusion libère une grande quantité d'énergie, ce qui pourrait aussi entraîner la fusion des noyaux proches. Les tentatives antérieures de déclenchement de la fusion utilisaient des champs magnétiques et des lasers puissants, mais ne permettaient pas de générer plus d'énergie qu'elles n'en consommaient.

Les chercheurs de l'Ignition Facility du Lawrence Livermore National Laboratory ont rapporté que l'équipe avait réussi à initier une fusion nucléaire, qui avait généré 3,15 mégajoules d'énergie à partir du laser de 2,05 mégajoules utilisé. Même s'il s'agit d'une avancée monumentale, la réalité d'une usine de fusion nucléaire opérationnelle qui alimenterait notre réseau électrique pourrait n'apparaître que dans plusieurs décennies. Il faudra surmonter des obstacles majeurs à la mise en œuvre (évolutivité, sécurité de la centrale, énergie requise pour générer le laser, traitement des déchets, etc.) avant que ce projet ne devienne réalité. Toutefois, la percée que représente le déclenchement de la fusion nucléaire constitue un jalon majeur qui ouvrira la voie aux progrès futurs qui pourront s'appuyer sur cette réalisation.