Recherchez sur tout Techno-Science.net
       
Techno-Science.net : Suivez l'actualité des sciences et des technologies, découvrez, commentez
Catégories
Techniques
Sciences
Encore plus...
Techno-Science.net
Bons plans et avis Gearbest: Xiaomi Mi Mix2, OnePlus 5T
Code promo Gearbest: réduction, coupon, livraison...
Photo Mystérieuse

Que représente
cette image ?
Posté par Michel le Jeudi 19/08/2010 à 00:00
Microscopie de super-résolution dynamique: une révolution pour l'imagerie biologique
Jusqu'à présent, la microscopie de super-résolution, également appelée nanoscopie, autorisait la cartographie d'une population de molécules individuelles à la surface de cellules vivantes, à condition de modifier génétiquement les organismes pour les rendre fluorescents. Des physiciens et biologistes du CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).) et de l'Université de Bordeaux ont étendu cette technique à l'imagerie (L’imagerie consiste d'abord en la fabrication et le commerce des images physiques qui représentent des êtres ou des choses. La fabrication se faisait jadis soit à la...) de molécules se trouvant à la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et est souvent abusivement...) de cellules non modifiées génétiquement et au suivi de leurs trajectoires pendant plusieurs secondes. Cette nouvelle technique permet un grand nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) d'études jusqu'à présent inaccessibles et suscite un énorme intérêt dans la communauté des biologistes cellulaires.

Le microscope est l'outil (Un outil est un objet finalisé utilisé par un être vivant dans le but d'augmenter son efficacité naturelle dans l'action. Cette augmentation se traduit par la...) idéal pour observer le monde (Le mot monde peut désigner :) vivant à petite échelle. Quel élève n'a pas observé les cellules des pelures d'oignons ou les chloroplastes entre deux petites plaquettes de verre (Le verre, dans le langage courant, désigne un matériau ou un alliage dur, fragile (cassant) et transparent au rayonnement visible. Le plus souvent, le verre est constitué d’oxyde de silicium (silice SiO2)...) ? Mais lorsque l'on s'intéresse à des objets encore plus petits à l'intérieur des cellules, le phénomène de diffraction (La diffraction est le comportement des ondes lorsqu'elles rencontrent un obstacle qui ne leur est pas complètement transparent ; le phénomène peut être interprété par la diffusion d'une onde par...) (1) limite la résolution: en deçà de 250 nanomètres (un quart de micron), les objets que l'on veut observer ne sont plus que des taches, car les pinceaux lumineux renvoyés par chaque point (Graphie) de l'objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace à trois...) s'élargissent et se confondent.


Image super-résolue d'une protéine transmembranaire à la surface d'un fibroblaste:
les pics les plus hauts correspondant à 70 détections de ces complexes dans 50x50nm²,
(l'image fait environ 10 microns de large).
La technique permet d'acquérir 20 images par secondes, ce qui permet de reconstituer les trajectoires.


La détection de molécules uniques

Depuis quelques années, les chercheurs ont réussi à contourner cette difficulté grâce une famille de nouvelles techniques de « microscopies de super-résolution » ou nanoscopies. Ces méthodes, capables de fournir des images nanoscopiques des assemblages moléculaires présents à la surface des cellules, sont en passe de révolutionner le domaine de l'imagerie cellulaire biologique. Quel est leur principe ? On utilise le fait que malgré la diffraction, on peut localiser très précisément un point (ou une molécule) unique, puisque l'on sait qu'il se trouve au centre de la tache de lumière qu'il nous renvoie, alors que dès que l'on a plusieurs points sur un objet dont on veut faire une image, les deux tâches se recouvrent et on ne peut plus connaître leurs positions exactes.

Les chercheurs ont eu l'idée d'utiliser l'ingénierie génétique pour n' « allumer », à un instant (L'instant désigne le plus petit élément constitutif du temps. L'instant n'est pas intervalle de temps. Il ne peut donc être considéré comme une durée.) donné, que quelques points de façon aléatoire sur les objets qu'ils souhaitaient imager à la surface de cellules vivantes. Un peu comme une guirlande de Noël où les ampoules s'allument les unes après les autres et qui permet au final d'avoir une idée de la forme globale du sapin (Les sapins sont des arbres conifères du genre Abies originaires des régions tempérées de l'hémisphère nord. Ils font partie de la famille des Pinaceae. Ils sont...), une fois que toutes les ampoules se sont allumées.

Mais ces méthodes présentent un inconvénient majeur: il faut être capable d'allumer et d'éteindre les molécules une à une, à la demande. Pour cela, on utilise des protéines fluorescentes particulières introduites dans les cellules par ingénierie génétique. Deux lasers permettent de n'allumer statistiquement que quelques molécules à la fois. Ces molécules fluorescentes constituent quelques points de l'image. L'opération est répétée pour obtenir les autres points et former, au final, l'image complète de l'assemblage moléculaire à étudier. Contraints d'utiliser des protéines fluorescentes particulières, les chercheurs ne pouvaient pas étudier de molécules biologiques à la surface des cellules sans les modifier génétiquement, ni suivre leur trajectoire (La trajectoire est la ligne décrite par n'importe quel point d'un objet en mouvement, et notamment par son centre de gravité.) pendant plusieurs secondes. En effet, les propriétés de fluorescence (La fluorescence est une émission lumineuse provoquée par diverses formes d'excitation autres que la chaleur. (on parle parfois de...) des molécules modifiées par génie génétique durent pour la plupart bien moins d'une seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui s'ajoute à quelque chose de nature identique. La seconde est une...).

Aujourd'hui, les physiciens du Centre de physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens...) moléculaire optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement électromagnétique et de ses relations avec la vision.) et hertzienne et les biologistes du laboratoire Physiologie cellulaire de la synapse (deux laboratoires CNRS/Université de Bordeaux) ont développé une nouvelle technique pour « allumer » les molécules: ils ont utilisé l'immuno-marquage en temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) réel. Les cellules vivantes sont placées en présence d'une solution d'anticorps fluorescents (disponibles dans le commerce, un anticorps correspondant à chaque type d'objet étudié), qui vont se lier à elles. Mais au lieu de mettre suffisamment d'anticorps pour se lier à toutes les molécules à étudier, on réalise un marquage dilué sous le microscope: les quelques anticorps disponibles vont se lier aux molécules à étudier et les rendre lumineuses, puis, quand elles seront éteintes, d'autres seront déjà en train (Un train est un véhicule guidé circulant sur des rails. Un train est composé de plusieurs voitures (pour transporter des personnes) et/ou de plusieurs wagons (pour transporter...) de se lier au nouveaux anticorps qui arrivent dans l'échantillon (le marquage se fait en continu) et s'allumeront à leur tour.


« Filmer » les cellules avec une résolution de 50 nanomètres

La technique permet d'enregistrer plusieurs dizaines de milliers de trajectoires de molécules uniques sur une seule cellule et d'en étudier la dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il peut être employé comme :) à l'échelle nanométrique. Les chercheurs ont démontré son efficacité sur divers systèmes cellulaires (cellules hétérologues, fibroblastes ou neurones en cultures) pour étudier différentes molécules membranaires (2). La simplicité, l'adaptabilité et la fiabilité de cette nouvelle méthode permettent d'ores (ORES, l'Opérateur des Réseaux Gaz & Électricité est le l'opérateur des réseaux de distribution d'électricité et de gaz pour les 8 gestionnaires du secteurs mixte en...) et déjà d'envisager un grand nombre d'études inaccessibles jusqu'alors par la microscopie (La microscopie est l'observation d'un échantillon (placé dans une préparation microscopique plane de faible épaisseur) à...) optique conventionnelle. En particulier, il devient possible de « filmer » l'évolution d'une seule cellule, par exemple un neurone (Un neurone, ou cellule nerveuse, est une cellule excitable constituant l'unité fonctionnelle de base du système nerveux. Le terme de...), avec une résolution spatiale de 50 nanomètres pour une cadence d'imagerie correspondant à celle de la vidéo (20 images pas seconde). Les chercheurs bordelais ont déjà entamé l'étude de la structuration dynamique des récepteurs de neurotransmetteurs dans les synapses de neurones vivants. Nul doute qu'au vu du très grand nombre d'équipes déjà intéressées par cette nouvelle technique, elle devrait déclencher une petite révolution dans le monde de l'imagerie biologique.


Notes:

(1) On peut comprendre ce qu'est la diffraction lorsque l'on place une feuille (La feuille est l'organe spécialisé dans la photosynthèse chez les végétaux supérieurs. Elle est insérée sur les tiges des plantes au...) percée d'un petit trou devant une lampe et que l'on observe sur un écran la tache lumineuse formée. Si le trou est suffisamment grand, la tâche a la même dimension (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie à la taille ; les dimensions d'une pièce sont sa longueur, sa largeur et sa profondeur/son épaisseur, ou bien son diamètre si c'est une pièce de...) que le trou. Lorsqu'il atteint des dimensions de l'ordre de la longueur (La longueur d’un objet est la distance entre ses deux extrémités les plus éloignées. Lorsque l’objet est filiforme ou en forme de lacet, sa longueur est celle de l’objet complètement...) d'onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible des propriétés physiques locales. Elle transporte de l'énergie sans transporter de matière. Une onde...) de la lumière visible (de 400 à 700 nanomètres), plus le trou est petit, plus la tache est étendue en comparaison. Il n'est donc pas possible d'avoir un pinceau de lumière aussi fin qu'on le souhaite.
(2) en collaboration avec un informaticien (On nommait dans les années 1960-1980 informaticien ou informaticienne une personne exerçant un métier dans l'informatique. La variété et le peu de rapport des métiers en question a...) de l'INSERM, des chimistes de Francfort (Allemagne) et des biologistes de Portland (USA).


Références:

Dynamic super-resolution imaging of endogenous proteins on living cells at ultra-high density, G. Giannone, E. Hosy, F. Levet, A. Constals, K. Schulze, A.I. Sobolevsky, M.P. Rosconi, E. Gouaux, R. Tampé, D. Choquet and L. Cognet, Biophysical Journal, 18 août 2010.


Commentez et débattez de cette actualité sur notre forum Techno-Science.net. Vous pouvez également partager cette actualité sur Facebook, Twitter et les autres réseaux sociaux.
Icone partage sur Facebook Icone partage sur Twitter Partager sur Messenger Icone partage sur Delicious Icone partage sur Myspace Flux RSS
Source: CNRS
Illustration: © © Gregory. Giannone, Eric. Hosy, Florian Levet.