(PhysOrg.com) -- Les chercheurs découvrent que la capacité de voir de très petites choses -- objets 20, 000 fois plus mince qu'un cheveu humain - peut aider à répondre à de grandes questions biologiques. C'est pourquoi Jennifer Ross, un physicien de l'Université du Massachusetts à Amherst, construit un nouveau microscope qui atteint une super résolution, permettant aux scientifiques de voir des molécules 100 fois plus petites que ce qui est visible en utilisant la microscopie optique traditionnelle.

Les chercheurs découvrent que la capacité de voir de très petites choses—objets 20, 000 fois plus fin qu'un cheveu humain, peut aider à répondre à de grandes questions biologiques. C'est pourquoi Jennifer Ross, un physicien de l'Université du Massachusetts à Amherst, construit un nouveau microscope qui atteint une super résolution, permettant aux scientifiques de voir des molécules 100 fois plus petites que ce qui est visible en utilisant la microscopie optique traditionnelle.

Ross s'intéresse particulièrement à l'utilisation du microscope pour déterminer comment une protéine spécialisée appelée tubuline contrôle la division cellulaire. Elle et Patricia Wadsworth, un biologiste de l'UMass Amherst, ont récemment reçu un 684 $, 000 par les National Institutes of Health dans le cadre de l'American Recovery and Reinvestment Act pour développer un microscope incorporant deux techniques de fluorescence de pointe qui donnent aux chercheurs la possibilité d'observer et de suivre des molécules de protéines individuelles. UMass Amherst est la deuxième université du pays à utiliser l'une d'entre elles, appelée microscopie de reconstruction optique stochastique (STORM).

Le nouveau microscope, à construire l'année prochaine, permettra une bien plus grande précision dans l'identification d'objets, comme certaines protéines cellulaires, en permettant aux scientifiques de les voir individuellement et d'observer leur mouvement en temps réel. Ross dit que cela aidera pratiquement toutes les disciplines scientifiques à répondre à des questions importantes sur la façon dont les neurones communiquent entre eux dans le cerveau et quelles sont les sources d'énergie verte les plus efficaces.

Les balises fluorescentes spéciales utilisées avec le nouveau microscope lui permettront de voir des molécules individuelles qui contrôlent la division cellulaire, fonctionnant en temps réel, dans les cellules vivantes. Voir des tubulines individuelles dans leur environnement normal devrait lui donner une meilleure idée de la façon dont les processus qu'elles contrôlent peuvent mal tourner. Cela pourrait aider les chercheurs à comprendre comment une croissance cellulaire incontrôlée peut conduire au cancer.

Jusqu'à maintenant, l'observation de protéines individuelles a impliqué d'isoler ces protéines des cellules dans lesquelles elles opèrent. Mais observer une seule molécule arrachée de son environnement naturel signifie que les interactions et les comportements normaux sont perdus. "Ce n'est pas comme ça que la cellule est vraiment, " dit Ross.

La première génération de protéines de fluorescence (qui a récemment valu aux découvreurs un prix Nobel) a aidé à résoudre ce problème en permettant aux scientifiques de pouvoir observer les protéines marquées interagir en temps réel à l'intérieur des cellules. Mais lorsque de nombreuses molécules sont marquées par fluorescence à l'intérieur d'une cellule, la quantité de lumière qu'elles émettent empêche les observateurs de voir ce que font les protéines individuelles car elles sont toutes fluorescentes en même temps, créant un éblouissement. Le marquage de toutes les protéines similaires dans une cellule donne une image trop floue pour fournir des données utiles.

La nouvelle technique de marquage utilisée avec le microscope résout ce problème en ajoutant un « interrupteur de lumière » qui permet au chercheur de contrôler le marqueur fluorescent. Au lieu d'être allumé en permanence, les balises fluorescentes peuvent être sélectionnées individuellement pour s'allumer en utilisant de petites quantités de lumière violette, permettant à chaque protéine d'être vue individuellement. Comme l'explique le physicien, lorsqu'une faible quantité de lumière est utilisée, il agit comme une particule plutôt que comme une onde et n'excite qu'une seule molécule marquée par fluorescence à la fois.

Plus loin, la fluorescence de ces protéines ne dure que quelques secondes puis s'éteint. Un autre petit ensemble de protéines peut être allumé avec plus de lumière violette. Utilisé de cette manière, le nouveau, un microscope plus précis peut alors créer une carte des protéines individuelles, qui est capturé sur une caméra haute résolution.

Le nouveau microscope résout également un autre problème majeur associé à la première génération de microscopes optiques :les images sont si floues que les molécules semblent souvent être 50 fois leur taille réelle. Cela résulte de la grande quantité de fluorescence émise par chaque protéine marquée - les chercheurs ne peuvent pas distinguer l'objet réel de la tache de lumière floue qui l'entoure. L'effet sur les enquêteurs est un peu comme demander la direction d'un bureau particulier et se faire dire seulement dans quel bâtiment il se trouve, Ross explique - sans emplacement exact, la réponse n'est pas utile.

Les nouvelles techniques de fluorescence tirent parti du fait que la lumière la plus brillante émise par les objets proviendra de leurs centres. Ross et ses collègues ont développé une formule mathématique qui peut s'adapter à la forme du modèle d'intensité lumineuse d'une seule molécule. Cela permet à un ordinateur de localiser le centre de la protéine à moins de 20 milliardièmes de mètre au lieu de 200, faire apparaître l'objet beaucoup plus comme la taille réelle.

Ross résume que les techniques de microscopie photoactivée et de localisation par fluorescence (FPALM) et STORM qu'elle et ses collègues perfectionnent devraient permettre aux scientifiques de voir des molécules individuelles en excitant les étiquettes fluorescentes avec une petite quantité de lumière. STORM utilise des colorants légèrement différents qui peuvent être « réglés » pour marquer des molécules spécifiques. En marquant différentes protéines avec différents marqueurs fluorescents, les scientifiques peuvent également observer la dynamique de plusieurs protéines simultanément, impossible en microscopie à fluorescence de première génération.