Les plus petits acteurs de votre corps se cachent dans le noir. Jusqu’à maintenant.
Une nouvelle astuce impliquant des lasers pourrait enfin les attirer vers la lumière. Pendant des années, même nos microscopes les plus puissants n’ont pas pu détecter clairement la majorité des protéines humaines. Ils sont tout simplement trop petits. Trop calme.
Les physiciens de l’UC Berkeley viennent de changer la donne. Ils ont adapté une astuce d’imagerie vieille de près de 100 ans – le contraste de phase – pour une bête moderne connue sous le nom de microscopie cryoélectronique, ou cryo-EM. En utilisant une plaque de phase laser, ils décalent la phase d’un faisceau d’électrons. Ils ne l’affaiblissent pas. Ils l’aiguisent.
Pourquoi c’est important
“Cryo-ET devrait montrer comment les molécules fonctionnent ensemble dans leur contexte cellulaire naturel… L’augmentation du rapport signal/bruit… devrait surmonter ces limitations importantes”, explique Holger Müller.
Holger Müller ne se contente pas de deviner. Il a dirigé la construction. L’équipe a amélioré le contraste sans détruire l’intensité du faisceau. Cela signifie que les petites molécules comme l’hémoglobine se démarquent désormais. Dans le chaos surpeuplé d’une cellule vivante ? Avant, c’était impossible.
Bridget Carragher le dit sans détour. Regarder à l’intérieur d’une cellule, c’est comme chercher une feuille spécifique dans une forêt dense. Cryo-ET avait besoin d’un énorme pas de clarté. Cette plaque laser offre exactement cela.
“C’est comme une forêt… essayer de trouver une feuille… Theia promet de nous la donner”, dit Carragher.
Bâtiment « Théia »
Ils n’ont pas simplement modifié une machine. Ils en ont construit un. Nommée Theia, d’après la Titanesse de la lumière.
Financé par Biohub, Theia est un microscope Thermo Fisher personnalisé. C’est essentiellement une voiture de Formule 1 pour la science. Müller plaisante en disant qu’il s’agit déjà de la meilleure unité cryo-EM standard au monde, même sans la magie du laser. Avec ça ? Encore mieux.
Ils travaillent déjà sur la version 2. Deux lasers perpendiculaires. Puissance inférieure. Moins de distorsion. Moins de dégâts dus à la chaleur. L’objectif est stable. Fiable. Brillant.
Ancienne technologie, nouvelle tournure
Voici l’ironie. L’idée de base n’est pas nouvelle du tout.
Tout commence en 1930 avec Frits Zernike, un physicien néerlandais. Il a réalisé que la lumière change de phase lorsqu’elle traverse des objets, pas seulement la luminosité. Il a déplacé la lumière non diffusée. Clarté soudaine. Aucune coloration requise. Il a gagné un Nobel pour cela.
Les scientifiques ont essayé de copier cela pour les électrons il y a plusieurs décennies. Échoué. Les premières tentatives ont affaibli les faisceaux, rendu la résolution floue ou simplement cassé.
En 2010, Müller et Robert Glaeser ont proposé la solution laser. Ils étaient en avance sur la courbe. Bien en avance.
Une attente d’un quart de siècle
Cela a pris quinze ans. Quinze ans de broyage, de piégeage, de mise au point.
L’équipe a confiné un laser dans une cavité sphérique. Des miroirs partout. La lumière se reflète dix mille fois. Il se comprime.
Soixante-quinze kilowatts. Focalisé sur un point de quelques microns de large.
C’est plus de puissance qu’une torche de soudage. Plus que des lasers de qualité militaire. Il crée la mise au point laser continue la plus brillante jamais construite.
Les tests étaient prometteurs. Ils ont utilisé de l’aldolase, assez simple pour les anciennes technologies, et de l’hémoglobine, repoussant ainsi les limites. L’image de l’hémoglobine s’est considérablement améliorée.
Des petites particules ? De mauvais spécimens ? Le laser y apporte un avantage considérable.
Briser les limites
À l’heure actuelle, la cryo-EM peine à descendre en dessous de 70 kilodaltons. Pourtant, près de 90 pour cent des protéines humaines entrent dans cette petite catégorie. Invisible pour la science.
Avec la plaque de phase laser de Theia ? Nous pouvons atteindre 50 kilodaltons maintenant. C’est un travail difficile. Mais visible.
Müller veut descendre plus bas. Il vise 17 kilodaltons, soit la taille de la myoglobine. Des ajustements supplémentaires au foyer électronique pourraient à nouveau doubler le gain de contraste.
« Ce qui était autrefois invisible deviendra visible », note Stephani Otte.
Pensez-y.
Pour la première fois, nous pouvons voir des machines moléculaires fonctionner réellement. En contexte. Dans la vraie vie. Les mécanismes pathologiques qui étaient auparavant des fantômes ont désormais des visages.
Cela va-t-il réécrire la biologie ? Probablement. Nous n’avons tout simplement pas fini de chercher.
