Des chercheurs dirigés par Josef Lazar de l'Institut de chimie organique et de biochimie de l'Académie tchèque des sciences (IOCB Prague) ont démontré que les molécules de protéines fluorescentes agissent comme des antennes avec des propriétés optiques (c'est-à-dire la capacité d'absorber et d'émettre de la lumière) dépendantes de leur orientation. Découvert pour la première fois chez les méduses, les protéines fluorescentes sont aujourd'hui largement utilisées dans les études des processus moléculaires dans les cellules et les organismes vivants. Les propriétés nouvellement décrites de ces molécules trouveront des applications dans la recherche biologique fondamentale ainsi que dans la découverte de nouveaux médicaments. Une équipe de chercheurs de l'IOCB Prague, l'Institut de Microbiologie, et l'Institut de génétique moléculaire de l'Académie tchèque des sciences a publié les résultats dans la revue Actes de l'Académie nationale des sciences .

Pour atteindre ces résultats, les chercheurs ont produit des quantités suffisantes de protéines fluorescentes en utilisant des bactéries génétiquement modifiées, identifié les conditions dans lesquelles les protéines forment des cristaux, et déterminé la structure atomique des cristaux. Utilisant un microscope unique développé au sein du groupe, ils ont ensuite mesuré comment ces cristaux absorbent et émettent de la lumière, et à partir des données, ils ont calculé les propriétés directionnelles des molécules individuelles. Cela leur a permis de vérifier que les molécules de protéines fluorescentes ne se comportent pas comme de minuscules points luminescents, comme ils sont souvent supposés à tort, mais plutôt comme des antennes miniatures. Tout comme les antennes pour la radio, Wifi, et télédiffusion, ces molécules n'absorbent la lumière que dans certaines directions. De même, ils n'émettent de la lumière que dans certaines directions. Les chercheurs ont également réussi à établir précisément ces directions.

La possibilité que des molécules de protéines fluorescentes se comportent comme des antennes capables d'absorber la lumière étrangère avait été supposée, mais il s'est avéré longtemps difficile à confirmer, et cela limitait ses applications. Les obstacles ont été surmontés par Josef Lazar de l'IOCB Prague et son équipe, qui se spécialise dans le développement et l'utilisation de méthodes avancées de microscopie optique.

« Sur la base des découvertes d'autres laboratoires et du nôtre, nous avons suspecté que les molécules de protéines fluorescentes se comportaient probablement comme des antennes. Néanmoins, nous avons été surpris de voir à quel point cette analogie est vraie et avec quelle précision nous avons pu établir les directions à partir desquelles ces molécules absorbent la lumière et l'émettent, " dit Josef Lazar.

Le fait que les molécules de protéines fluorescentes fonctionnent comme des antennes miniatures est intéressant non seulement en tant que curiosité de la physique, mais peut également avoir d'importantes applications pratiques. Attacher une protéine fluorescente à une autre protéine d'intérêt signifie y attacher une antenne miniature qui peut ensuite être utilisée pour établir, en détail, changements dans la forme des molécules de la protéine d'intérêt, directement dans une cellule vivante. De tels changements dans la forme moléculaire peuvent être induits par un médicament, par exemple. La présente découverte trouvera ainsi des applications dans l'étude de processus physiologiques importants au niveau moléculaire ainsi que dans la découverte de nouveaux médicaments.

"L'importance de notre découverte réside dans le fait que même si les molécules de protéines fluorescentes sont largement utilisées dans la recherche biologique, leur capacité à se comporter comme des antennes n'est pas encore pleinement appréciée, il n'est pas non plus vraiment utilisé. La connaissance des propriétés directionnelles des protéines fluorescentes peut conduire à de nouvelles façons d'utiliser ces molécules utiles, " explique Lazar.

En collaboration avec d'autres groupes de l'IOCB Prague, L'équipe de Lazar essaie déjà d'appliquer les résultats actuels dans, par exemple, l'étude des effets physiologiques de l'insuline et la mise au point de substituts d'insuline à usage peroral. Un autre exemple d'application possible de la présente découverte est le traçage de signaux électriques dans les cellules nerveuses, ce qui pourrait s'avérer bénéfique dans l'étude du cerveau et des maladies neurologiques.