Des chercheurs du Département de dynamique résolue atomiquement de l'institut Max Planck pour la structure et la dynamique de la matière (MPSD) au Centre for Free-Electron Laser Science à Hambourg, l'Université de Hambourg et le laboratoire européen de biologie moléculaire (EMBL) à Hambourg ont développé une nouvelle méthode pour observer les biomolécules à l'œuvre. Cette méthode simplifie considérablement le démarrage des réactions enzymatiques en mélangeant un cocktail de petites quantités de liquides avec des cristaux de protéines. La détermination des structures protéiques à différents moments après le mélange peut être assemblée en une séquence accélérée qui montre les fondements moléculaires de la biologie.

Les fonctions des biomolécules sont déterminées par leurs mouvements et leurs changements structurels. Pourtant, comprendre ces mouvements dynamiques reste un formidable défi. Une méthode qui les éclaire 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 de sa réaction. Cependant, le déclenchement de ces réactions est extrêmement difficile car il implique généralement des lasers et des réactions protéiques qui peuvent être déclenchées par la lumière.

La nouvelle « Méthode d'application de liquide pour les analyses résolues en temps » (LAMA) surmonte le besoin de déclencheurs optiques. Il est adapté à l'étude d'échelles de temps de réaction biologiquement pertinentes, qui sont de l'ordre de quelques millisecondes (10 ^-3 ) en secondes voire en minutes. Ces échelles de temps sont particulièrement intéressantes pour les biologistes et les chercheurs pharmaceutiques car elles révèlent souvent les changements structurels relatifs à une fonction biologique particulière ou au renouvellement d'un médicament. L'article décrivant la méthode et son application vient d'être publié dans Méthodes naturelles .

Les faisceaux de rayons X micro-focalisés très intenses disponibles sur la ligne de lumière EMBL P14-2 ont permis l'interrogation du système à l'échelle de la milliseconde. Surtout, la nouvelle méthode « LAMA » rend l'ensemble de l'expérience beaucoup plus simple que les approches précédentes.

Pour déclencher une réaction, quelques picolitres (10 ^-12 litre) du réactif sont mélangés avec des microcristaux de la protéine cible. Des instantanés de réaction sont ensuite enregistrés au fur et à mesure que l'enzyme procède au renouvellement du réactif. Excitant, cette nouvelle méthode a un grand potentiel sur les sources de rayonnement synchrotron à haute brillance existantes et à venir, permettant à beaucoup plus de chercheurs d'effectuer des études de cristallographie résolues en temps.

La méthode « LAMA » a déjà été mise en œuvre en tant qu'option accessible à tous dans la nouvelle station d'extrémité de cristallographie macromoléculaire résolue en temps sur la ligne de lumière EMBL P14-2 du synchrotron PETRA III de DESY.

De nombreuses autres informations importantes sur les processus biochimiques découleront de l'application de ces technologies de pointe. Leur utilisation nous permettra de répondre à certaines des questions les plus urgentes sur les principaux problèmes de santé ou d'environnement.