Des scientifiques de l'Université d'Oxford ont développé une technique de mesure basée sur la lumière qui pourrait transformer notre capacité à caractériser les biomolécules.

En utilisant un microscope qui détecte la diffusion de la lumière plutôt que la fluorescence, les chercheurs ont démontré que des molécules uniques peuvent être observées, et leur masse mesurée, en solution.

La recherche, réalisé en collaboration avec des institutions en Allemagne, Suède, la Suisse et les États-Unis, est rapporté dans le journal Science .

Auteur principal, le professeur Philipp Kukura, du Département de chimie d'Oxford, a déclaré:«Cette recherche a émergé d'une décennie de travail qui a consisté à fabriquer un microscope optique toujours plus sensible.

«Des molécules uniques ont été observées au microscope optique depuis la fin des années 1980, mais essentiellement toutes les techniques optiques reposent sur la fluorescence, qui est l'émission de lumière par un matériau après avoir été "excité" par l'absorption d'un rayonnement électromagnétique. Aussi immensément puissant que cela soit, ce n'est pas universel.

Les chercheurs ont démontré pour la première fois l'utilisation de la diffusion de la lumière pour visualiser des protéines individuelles - des biomolécules de seulement quelques nanomètres de diamètre - en 2014. Mais ce n'est que l'année dernière qu'ils ont pu améliorer suffisamment la qualité de l'image pour rivaliser avec la fluorescence.

Le professeur Kukura a déclaré:"Nous avons ensuite abordé la question de savoir si nous pouvions utiliser notre approche de visualisation pour quantifier, plutôt que de simplement détecter, molécules simples. On s'est rendu compte, étant donné que le volume et les propriétés optiques des biomolécules dépendent directement de la masse, que notre microscope doit être sensible à la masse. Cela s'est avéré être le cas, non seulement pour les protéines mais aussi pour les molécules contenant des lipides et des glucides.'

C'est cette généralité qui passionne les auteurs. Professeur Justin Benesch du Département de chimie d'Oxford, un expert en mesure de masse et co-auteur de l'ouvrage, a déclaré:«La beauté de la masse est qu'elle est à la fois une propriété universelle de la matière et extrêmement diagnostique de la molécule à l'étude. Notre approche est donc largement applicable et, contrairement à la microscopie traditionnelle à molécule unique, ne repose pas sur l'ajout de marqueurs pour rendre les molécules visibles.'

Les chercheurs affirment que la technique, qu'ils appellent spectrométrie de masse à diffusion interférométrique (iSCAMS), pourrait avoir des applications allant des études d'interactions protéine-protéine à la découverte de médicaments et même au diagnostic sur le lieu de soins.

Le professeur Kukura a déclaré :« iSCAMS présente de nombreux avantages. Il mesure la masse avec une précision proche de celle de la spectrométrie de masse de pointe, ce qui est coûteux et fonctionne sous vide - pas nécessairement représentatif des systèmes biologiques - alors que iSCAMS le fait avec seulement un très petit volume d'échantillon et fonctionne dans pratiquement n'importe quel environnement aqueux.

Le professeur Benesch a ajouté :« Cela permet à beaucoup de choses que les chercheurs veulent quantifier :certaines molécules interagissent-elles et, si oui, à quel point ? Quelle est la composition de la protéine en termes de nombre de morceaux qu'elle contient, et comment grandit-il ou s'effondre-t-il ?

Parce que pratiquement tous les processus physiologiques et pathologiques sont contrôlés par des interactions biomoléculaires en solution, les chercheurs disent que cette technologie a un impact potentiel considérable. Le professeur Kukura a déclaré :« L'applicabilité universelle, combiné au fait que les instruments sont proches de la taille d'une boîte à chaussures, peut être utilisé facilement, et permettre à l'utilisateur de voir les molécules en temps réel, est extrêmement excitant.

L'équipe est en train de commercialiser la technologie pour donner accès à d'autres chercheurs qui ne sont pas des experts ou qui n'utilisent peut-être même pas la microscopie optique. Les chercheurs disent :« Il a le potentiel, nous pensons, pour révolutionner la façon dont nous étudions les biomolécules et leurs interactions.'

L'article « Imagerie de masse quantitative de macromolécules biologiques uniques » sera publié dans la revue Science .