Observation de vie se développant à haute température

Publié par Adrien le 02/10/2022 à 09:00
Source: CNRS INSIS
Des scientifiques de l'Institut Fresnel et de l'Institut de biologie intégrative de la cellule ont observé des micro-organismes vivants à haute température par microscopie optique, grâce à une technique de chauffage par laser. Ces résultats sont publiés dans la revue Nature Communications.

Dans des sources chaudes, ou sur des sites volcaniques, vivent des micro-organismes qui se développent à des températures pouvant dépasser 100°C. L'étude de ces bactéries thermophiles est riche d'enseignements sur la manière dont leurs constituants (protéines, enzymes...) résistent aux hautes températures. Elles sont aussi à la base de nombreuses applications de biotechnologies (synthèses chimiques, biocatalyses...). Mais il est difficile d'étudier au microscope le métabolisme (Le métabolisme est l'ensemble des transformations moléculaires et énergétiques...) et les interactions des thermophiles vivantes, car les instruments disponibles ne permettent pas de chauffer simplement les échantillons, et sont limités en température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et...).


Schéma du dispositif expérimental comprenant un microscope optique, un laser (Un laser est un appareil émettant de la lumière (rayonnement électromagnétique)...) pour chauffer les nanoparticules d'or de l'échantillon (De manière générale, un échantillon est une petite quantité d'une matière, d'information, ou...), un SLM (spatial light modulator) pour façonner le faisceau laser, et un réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des...) de diffraction (La diffraction est le comportement des ondes lorsqu'elles rencontrent un obstacle qui ne leur est...) 2D placé devant une caméra (Le terme caméra est issu du latin : chambre, pour chambre photographique. Il désigne un appareil...) qui permet de réaliser des mesures de température et de masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un...) de bactéries individuelles.
© Springer Nature 2022

Des scientifiques de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est...) Fresnel (CNRS/Aix-Marseille Université/Ecole Centrale de Marseille), de l'Institut de biologie (La biologie, appelée couramment la « bio », est la science du vivant....) intégrative de la cellule (I2BC, CNRS/CEA/Université Paris-Saclay) et de l'institut Pasteur (L’Institut Pasteur est une fondation française privée à but non lucratif qui...) (Paris) ont mis au point (Graphie) un dispositif simple pour observer des microoganismes vivants à haute température par microscopie (La microscopie est l'observation d'un échantillon (placé dans une préparation microscopique...) optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement...) à haute résolution. Son principe est d'utiliser un laser pour chauffer les échantillons placés sous l'objectif du microscope.

La technique consiste à cultiver les micro-organismes sur une lamelle de verre (Le verre, dans le langage courant, désigne un matériau ou un alliage dur, fragile...) couverte de nanoparticules d'or, et à chauffer ces nanoparticules par une illumination laser. L'absorption ( En optique, l'absorption se réfère au processus par lequel l'énergie d'un photon est prise...) intense des nanoparticules permet d'atteindre des températures élevées avec de faibles puissances laser. Cette méthode produit un chauffage (Le chauffage est l'action de transmettre de l'énergie thermique à un objet, un...) rapide et très local (quelques dizaines de μm3), et évite ainsi de recourir à un caisson chauffant qui soumettrait l'environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et...) de l'échantillon à de fortes températures, avec des risques de détériorations. La distribution des températures est cartographiée par une technique de microscopie de phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et...) quantitative, qui mesure les variations d'indice de réfraction (L'indice de réfraction d'un milieu à une longueur d'onde donnée mesure le facteur de...), avec deux atouts: elle est non invasive, et sa résolution est meilleure que le micron.


Germination de bactéries thermophiles (Geobacillus stearothermophilus) à partir de spores micrométriques observée par microscopie de phase, et activée par chauffage laser de nanoparticules d'or à 58°C.
© Springer Nature 2022.

L'équipe a testé le nouveau dispositif avec plusieurs micoorganismes thermophiles, et a pu ainsi observer pour la première fois la division (La division est une loi de composition qui à deux nombres associe le produit du premier par...), la vitesse (On distingue :) de croissance, la germination et la nage de la bactérie (Les bactéries (Bacteria) sont des organismes vivants unicellulaires procaryotes, caractérisées...) Geobacillus stearothermophilus jusqu'à 65°C, ainsi que la croissance de l'archée hyperthermophile Sulfolobus shibatae qui se développe de manière optimale à une température de 80°C. Les résultats sont publiés dans la revue Nature Communications.

Le chauffage par laser peut s'adapter à tous les types de microscopie optique, et en particulier aux techniques de microscopie en super résolution, ce qui ouvre la voie à l'étude des microorganismes thermophiles jusqu'à des échelles proches du nanomètre.

Nage de bactéries thermophiles (Geobacillus stearothermophilus) activée par chauffage laser de nanoparticules d'or à 60°C. Accélérée 3 fois.
© Maëlle Bénéfice & Guillaume (Guillaume est un prénom masculin d'origine germanique. Le nom vient de Wille, volonté et Helm,...) Baffou, CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand...).

Références:
Life at high temperature observed in vitro upon laser heating of gold nanoparticles
Céline Molinaro, Maëlle Bénéfice, Aurore Gorlas, Violette Da Cunha, Hadrien M. L. Robert, Ryan Catchpole, Laurent Gallais, Patrick Forterre, Guillaume Baffou.
Nature Communications
https://doi.org/10.1038/s41467-022-33074-6
Article disponible sur la base d'archives ouvertes HAL
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