Des chercheurs du département de dynamique à résolution atomique du MPSD du Center for Free-Electron Laser Science, le Center for Ultrafast Imaging (tous à Hambourg), l'Université de Toronto au Canada et l'ETH à Zurich, La Suisse, ont développé une nouvelle méthode pour observer les biomolécules à l'œuvre.

Cette méthode simplifie non seulement l'expérience, mais l'accélère tellement que de nombreux instantanés peuvent désormais être enregistrés en une seule session expérimentale. Ceux-ci peuvent ensuite être assemblés en une séquence accélérée qui montre les fondements moléculaires de la biologie.

Toute vie est dynamique, et sont donc ses blocs de construction moléculaire. Les mouvements et les changements structurels des biomolécules sont fondamentaux pour leur fonction. Cependant, comprendre ces mouvements dynamiques au niveau moléculaire est un formidable défi. Une méthode pour les comprendre est la cristallographie aux rayons X résolue en temps, où la réaction d'une molécule biologique est déclenchée, puis des instantanés sont pris au fur et à mesure qu'elle réagit. Cependant, ces expériences sont extrêmement chronophages.

La nouvelle méthode hit-and-return est adaptée à l'étude d'échelles de temps de réaction biologiquement pertinentes, qui sont de l'ordre de millisecondes à secondes voire minutes. Ces échelles de temps intéressent particulièrement les biologistes et les chercheurs pharmaceutiques, car ils révèlent souvent les changements structurels relatifs à une fonction biologique particulière ou au renouvellement d'un médicament. La combinaison des faisceaux de rayons X micro-focalisés très intenses disponibles sur la ligne de lumière P14 du Laboratoire européen de biologie moléculaire (EMBL) et la ligne de lumière P11 de DESY (Deutsches Elektronen Synchrotron) avec la méthode hit-and-return a permis à l'équipe d'interroger une enzyme importante pour la décomposition des polluants d'origine humaine en action, à l'échelle de la milliseconde.

La clé de leur succès était que la méthode hit-and-return rend l'ensemble de l'expérience beaucoup plus rapide que les approches précédentes. Alors qu'un seul instantané structurel ne pouvait auparavant être obtenu qu'après plusieurs heures de collecte de données, la nouvelle méthode hit-and-return fournit environ un point de temps par heure, quel que soit le temps de retard. La méthode fonctionne si bien qu'il est maintenant possible de collecter plusieurs instantanés consécutivement, laisser les chercheurs enregistrer une séquence accélérée des changements structurels au cours de la réaction complète d'une biomolécule au cours d'une seule expérience de 24 heures.

Cette nouvelle méthode a un grand potentiel pour les sources de rayonnement synchrotron à haute brillance existantes et à venir. Parce que cela prend beaucoup moins de temps, il permettra à beaucoup plus de chercheurs d'effectuer des études de cristallographie résolues en temps. En collaboration avec l'EMBL et l'Université de Hambourg, avec le soutien du ministère allemand de l'éducation et de la recherche (BMBF), la méthode hit-and-return est déjà mise en œuvre comme environnement d'échantillonnage standard pour la nouvelle station d'extrémité de cristallographie macromoléculaire résolue en temps sur la ligne de lumière EMBL P14 au synchrotron PETRA III à DESY.

L'équipe s'attend à ce que de nombreuses autres informations importantes sur les processus biochimiques découlent de l'application de ces technologies de pointe. Une meilleure compréhension de ces processus permettra, à son tour, aider à répondre à certaines des questions les plus urgentes sur notre santé et l'environnement.