Des chercheurs soutenus par le Fonds national suisse de la recherche scientifique ont réussi à utiliser des rayons X pour observer minutieusement une réaction de photosynthèse et réaliser un film de l'événement. Les résultats aideront à comprendre des processus similaires dans l'œil humain. Grâce au nouvel accélérateur de particules SwissFEL de l'Institut Paul Scherrer, on peut s'attendre à plus de découvertes de ce genre.

Les plantes et les algues ne sont pas les seules à subir la photosynthèse. Certaines bactéries utilisent également l'énergie de la lumière du soleil pour se développer et se reproduire. Des chercheurs soutenus par le Fonds national suisse de la recherche scientifique (FNS) ont maintenant démontré des processus au niveau atomique à l'œuvre dans la « pompe » de protéines alimentée par la lumière des halobactéries violettes. En faisant ainsi, les chercheurs ont clarifié le fonctionnement de la pompe, qui a longtemps été un sujet de débat. Les résultats aideront également à mieux comprendre les photorécepteurs similaires pour cette protéine dans l'œil humain.

Grâce à une nouvelle technologie, un groupe international de chercheurs de l'Institut Paul Scherrer (PSI), Japon, La Suède et la France ont capturé des événements physiques et chimiques se produisant en un millième de millionième de seconde (nanoseconde). Cela a permis aux chercheurs de produire un film montrant les processus au niveau atomique à l'œuvre dans la pompe – appelée bactériorhodopsine – après son activation par la lumière entrante.

L'obtention des enregistrements a nécessité l'examen d'environ 2 millions de petits échantillons de cristaux de protéines avec le laser à électrons libres SACLA au Japon. Le FEL frappe les échantillons avec de très courts, rayons X puissants, capturer des moments précis. "C'est comme une lumière stroboscopique, " dit Jörg Standfuss, biophysicien et chef du groupe de recherche en cristallographie en série. "Contrairement à une lampe de poche, il révèle des scintillements de mouvement dans l'obscurité. » Les impulsions lumineuses ultracourtes permettent d'enregistrer des données avant que les échantillons ne soient détruits par les puissants rayons X. Grâce à la nouvelle installation SwissFEL du PSI à Würenlingen, qui a ouvert ses portes le 5 décembre 2016, les chercheurs des hautes écoles suisses n'ont plus à parcourir l'autre bout du monde pour mener leurs expérimentations.

Béquille moléculaire pour photorécepteurs défectueux

Les résultats de la pompe bactérienne ont un potentiel d'application dans différents domaines. Par exemple, les neurobiologistes utilisent des pompes similaires pour activer et désactiver spécifiquement certaines cellules nerveuses du cerveau des animaux de laboratoire (optogénétique).

Des groupes de recherche du PSI soutenus par le FNS étudient depuis un certain temps les photorécepteurs dans l'œil humain. "La vision est notre sens le plus important. Même notre horloge interne est régie par ces récepteurs dans l'œil, " dit Gebhart Schertler, biochimiste et responsable de la section Biologie et Chimie. Les mutations de ces récepteurs de lumière ont des effets comparables à ce qui se passe dans les pompes bactériennes. Les cas bénins peuvent provoquer la cécité nocturne, alors que d'autres peuvent entraîner une dégénérescence de la rétine (rétinite pigmentaire), aboutissant à la cécité totale. « Différentes approches thérapeutiques ont déjà été proposées, mais jusqu'à présent, aucun n'est arrivé sur le marché, " dit Schertler.

Les résultats des travaux de recherche au PSI issus d'analyses antérieures de ces photorécepteurs ont conduit à une collaboration avec Roche. L'objectif est de trouver et de développer des composés qui pourraient servir de béquille pour compenser les protéines rétiniennes défectueuses. Les résultats préliminaires de cette enquête seront publiés prochainement. Bien que le développement d'un véritable médicament puisse encore prendre beaucoup de temps, des résultats très prometteurs ont déjà été obtenus.