Les expérimentations faites avec SwissFEL, permettront de comprendre des processus fondamentaux de la vie. Ils montreront comment sont constituées des molécules biologiques dont la structure ne peut être déterminée avec les méthodes actuelles. De même elles permettront de constater l’évolution de la forme des molécules. Les résultats de ces expériences permettront de mieux comprendre certaines maladies et de développer des médicaments.
Les molécules biologiques ont des fonctions multiples dans les organismes vivants. Ainsi elles transmettent les informations extérieures communiquées à la cellule vivante jusqu’ au noyau de cette dernière ou produisent les substances nécessaires à la vie selon le plan du génome. Chacune de ces molécules fonctionne comme une toute petite machine extrêmement précise, et dont les éléments doivent avoir une forme bien déterminée, afin qu’elle puisse remplir ses fonctions.
De nos jours, découvrir comment sont constituées les molécules et comment elles „fonctionnent“ est l’objectif de bon nombre de chercheurs. Les recherches effectuées au sein de SwissFEL permettront d’élargir nos connaissances dans le domaine de la biologie moléculaire. Elles montreront comment sont constituées les molécules, chose impossible avec les procédés utilisés actuellement, et aussi comment les molécules agissent et se transforment. Leur observation ne sera plus limitée à un état statique. Toutes ces connaissances permettront de mieux comprendre les processus fondamentaux auxquels sont soumis divers organismes et de créer ainsi de nouvelles bases pour le traitement de maladies. Il est possible de déterminer de quelle manière des molécules présentant une mauvaise structure peuvent générer des maladies et comment de nouveaux médicaments devraient agir et intervenir de manière ciblée sur les processus de vie et de développement d’agents pathogènes
Il est déjà possible grâce aux expériences faites avec la Source de Lumière Suisse SLS de PSI ou avec des installations du même type, de déterminer les structures statiques de molécules biologiques. Ainsi on a pu, à titre d’exemple, déterminer le principe de fonctionnement de ribosomes qui développent des protéines dans la cellule, ce en fonction des plans de base du génome. Le prix Nobel de chimie 2009 a été attribué à ces travaux. Les expériences faites à la SLS pose cependant un problème, car elles nécessitent l’utilisation de cristaux de protéines comportant des milliers de spécimens de la même molécule, ayant une structure régulière. Par ailleurs il existe de nombreuses molécules pour lesquelles il n’est pas possible de produire les cristaux nécessaires à SLS. Parmi elles il y a notamment de nombreuses protéines membranaires, qui règlent l’échange entre le noyau de la cellule et l’environnement. Soit elles ne peuvent pas être cristallisées soit on obtient des cristaux de quelques centaines de nanomètres et qui sont ainsi inutilisables car bien trop petits. Avec SwissFEL il sera également possible de déterminer les structures de ces nano-cristaux.
Les machines de la vie en mouvement
Les expérimentations faites avec SwissFEL permettront également de manière innovante d’observer pour la première fois des molécules biologiques de manière dynamiques. Le fait que ces molécules changent en permanence de forme est intrinsèquement liée à leur nature. Ainsi sous l’effet d’une lumière incidente la protéine rhodopsine présente dans nos yeux est amenée à changer de forme. Ce changement initie d’autres processus chimiques qui généreront une impulsion nerveuse en direction du cerveau; Après un bref instant la molécule reprend sa forme initiale et est à nouveau prête à recevoir de la lumière. La plupart des molécules subissent des modifications similaires. Bien que dans la plupart des cas, les configurations initiales et finales soient connues, on ne dispose, à l’heure actuelle, d’aucun moyen permettant d’observer la molécule en cours de transformation. Ce n’est qu’avec les impulsions extrêmement brèves des rayons X de l’installation SwissFEL qu’il sera enfin possible d’observer les phases intermédiaires de la transformation des molécules et par conséquent de déterminer de manière précise leur mode de fonctionnement.