Les protéines et les molécules s'assemblent et se désassemblent naturellement dans le cadre de nombreux processus biologiques essentiels. Il est très difficile d'observer ces mécanismes, qui sont souvent complexes et se déroulent à l'échelle nanométrique, bien plus petit que la plage visible normale. A l'EPFL, cependant, une équipe interdisciplinaire de chercheurs a inventé et appliqué une technique qui permet d'examiner ces mécanismes avec une précision sans précédent. Leur travail fait l'objet d'un article publié dans Nature Nanotechnologie .
Les structures nanométriques ne peuvent être vues qu'avec des microscopes spécialisés, comme les microscopes à force atomique, qui ont été inventés au milieu des années 1980. Ces instruments créent une image en « ressentant » physiquement la topographie de l'échantillon avec une pointe atomiquement pointue à l'extrémité d'un petit cantilever. L'échantillon est ensuite scanné point par point pour créer une image. Comme cela prend du temps, seuls les échantillons statiques peuvent être imagés avec des microscopes à force atomique conventionnels. Cependant, cela ne sert à rien lorsque les scientifiques veulent examiner des échantillons infimes qui changent avec le temps, tels que les assemblages de protéines.
« Le changement est essentiel pour la matière vivante et est donc crucial pour les processus biologiques, " explique le professeur Georg Fantner, qui dirige le Laboratoire de Bio- et Nano-Instrumentation (LBNI) de l'EPFL. "Il était donc essentiel que nous trouvions un moyen de l'observer."
Pour observer les processus sur un échantillon qui change au fil du temps, la vitesse de balayage doit être augmentée. Cependant, dans les microscopes atomiques rapides traditionnels, les forces exercées par la mesure peuvent interférer avec le processus d'assemblage moléculaire, d'autant plus que les assemblages de protéines sont souvent très fragiles. Les chercheurs de l'EPFL ont trouvé une méthode qui a résolu le problème, en contrôlant très précisément l'interaction physique de la pointe acérée à l'aide d'une lumière laser pulsée. Cela a considérablement augmenté la vitesse de numérisation tout en préservant le mouvement de numérisation doux mais extrêmement précis.
2, 000 lignes par seconde
"Nous y sommes parvenus en utilisant deux lasers dans le microscope, dont l'un est pointé à la base du porte-à-faux, le chauffer localement et ainsi le plier légèrement, " dit Adrian Nievergelt, un doctorat étudiant au LBNI et co-premier auteur de l'article. "En pliant le porte-à-faux, nous pouvons sonder la surface beaucoup plus rapidement, tout en gardant un contrôle fin du mouvement global. En outre, nous avons amélioré les performances globales du système, nous permettant de numériser jusqu'à 2, 000 lignes par seconde."
Les chercheurs ont testé cette nouvelle technologie pour analyser la dynamique de la formation du cycle protéique SAS-6. Cette famille de protéines joue un rôle clé dans l'assemblage des centrioles, qui sont de minuscules organites conservés des algues aux hommes, fondamental pour la motilité et la division cellulaire. Le nouvel instrument a permis aux chercheurs pour la première fois de visualiser les différentes étapes de l'assemblage en anneau des protéines SAS-6 en temps réel "Ceci est un changeur de jeu critique pour le domaine", dit le Pr Pierre Gönczy, expert en biologie des centrioles et co-auteur de l'étude. "Maintenant, nous avons enfin une méthode pour observer directement comment ce composant cellulaire critique est assemblé dans un anneau comme un polymère", ajoute Niccolò Banterle, un post-doctorant au laboratoire Gönczy et co-premier auteur de l'étude. "Cela nous permet de mieux comprendre comment la nature contrôle l'assemblage de certains des plus petits éléments constitutifs de la vie."
