Lorsque l’on parle de cellule à un public qui n’est pas extrêmement renseigné sur la biologie, on peut avoir tendance à la visualiser comme une bille indifférenciée. Pourtant, à l’intérieur de chacune de nos cellules existe tout un mini-écosystème pas forcément facile à identifier, entre la membrane, les constituants de l’ADN, les protéines ou les enzymes.
Pour en savoir plus, des microscopes extrêmement puissants sont nécessaires, notamment les microscopes électroniques qui envoient un faisceau d’électrons pour obtenir une image de l’échantillon. Dans une série d’articles scientifiques publiés récemment et recensés par le site Biohub, on découvre comment un nouveau type de laser permet d’aller plus loin avec cette technique.
Mission : augmenter le contraste de l’image
Les études sont parues dans les revues Science, Nature Communications, et sur le serveur BioRxiv, qui rassemble des travaux qui n’ont pas encore été révisés par des pairs avant leur publication dans une revue. Elles décrivent une technique de microscopie reposant sur un laser surpuissant, avec une intensité jusqu’à 100 millions de fois supérieure à celle de la surface du Soleil.
Une telle puissance offre un avantage : augmenter le contraste des images afin de pouvoir observer les protéines à l’intérieur d’une cellule intacte. Jusque-là, les techniques les plus avancées pouvaient aider à voir des protéines précises, mais uniquement lorsqu’elles étaient prélevées et étudiées à part. Dans leur milieu naturel, c’était beaucoup plus compliqué car le milieu était trop dense et manquait de contraste.
Pourtant, depuis des années, les technologies s’améliorent avec de meilleures caméras, des logiciels plus perfectionnés ou de nouvelles méthodes pour préparer les échantillons. Mais même ces méthodes extrêmement avancées de cryomicroscopie ne pouvaient pas obtenir suffisamment de contraste pour bien distinguer toute la variété de protéines présente à l’intérieur de chaque cellule.
De plus, la microscopie électronique consiste à envoyer un faisceau d’électrons sur un échantillon biologique, ce qui permet de le « photographier ». Mais ce bombardement a comme effet secondaire de le détruire rapidement.
Résultat : pour éviter cette dégradation, la dose d’électrons est limitée, ce qui donne des images qui manquent de contraste, et une bonne partie des protéines de notre corps restent très mal connues.
10 000 rebonds pour voir les petites protéines
Théoriquement, l’idée d’utiliser un laser extrêmement puissant était envisagée, mais tout l’enjeu était de pouvoir passer à la pratique. Une étape qui a nécessité le travail de plusieurs dizaines de spécialistes sur une quinzaine d’années.
Bien sûr, créer un laser d’une telle puissance semble inconcevable, mais les chercheurs ont trouvé une parade. Le laser lui-même n’est en réalité pas si impressionnant, mais il rebondit environ 10 000 fois sur deux miroirs de très bonne qualité placés face à face. À chaque rebond, le laser accumule de l’énergie et crée une plaque de lumière extrêmement intense. Ensuite, les électrons envoyés par le microscope traversent l’échantillon puis le point de lumière. Le tout permet d’obtenir un contraste bien plus élevé et donc une image plus nette.
D’après les auteurs, ce type de technique pourrait rendre visible jusqu’à la moitié des protéines qui font fonctionner les cellules humaines, et ce dans leur milieu cellulaire, et pas uniquement dans des échantillons séparés. Actuellement, seules 10 % des protéines peuvent être imagées, et nous ne pouvons pas examiner plus de 1 % d’entre elles dans leur environnement naturel, à l’intérieur des cellules.
Désormais, les premières phases de test ont eu lieu avec ce nouveau type de microscope et les résultats sont prometteurs. Les images obtenues sont bien plus nettes que tout ce qui avait pu être atteint auparavant, et la technique permet de distinguer des corps quasiment de la taille d’un atome. Les biologistes espèrent ainsi mieux comprendre comment fonctionnent les cellules, et donc pouvoir détecter, voire traiter, certaines maladies qui provoqueraient un dysfonctionnement.
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