L’importance de l’analyse structurale des biomolécules reconnue et récompensée

La cryo-microscopie électronique, récompensée par le prix Nobel de chimie 2017, consiste à réaliser un très grand nombre d’images des mêmes molécules biologiques au moyen d’un microscope électronique. Ces molécules sont le plus souvent des grosses protéines ou des complexes protéiques – molécules complexes responsables de nombreux processus vitaux dans nos cellules – ou encore de gros virus. Les images individuelles sont ensuite comparées les unes avec les autres au moyen d’opérations mathématique complexes. Il en résulte pour finir une image qui met en évidence des structures nettement plus fines que ce qu’une image individuelle de microscopie électronique permettrait de visualiser. La résolution est améliorée à ce point que l’agencement de chaque atome dans la molécule devient visible. Point décisif: les mesures doivent être menées à des températures très basses de moins 150°C. Pour ce faire, il faut refroidir brutalement les molécules se trouvant dans une solution aqueuse pour éviter la formation de cristaux de glace, un procédé développé par le chercheur suisse Jacques Dubochet.

L’attribution du prix Nobel souligne l’importance fondamentale de l’analyse structurale des biomolécules pour la biologie moderne. Au niveau suisse, l’Institut Paul Scherrer PSI joue un rôle de premier plan dans le domaine de la biologie structurale. Le PSI exploite depuis presque 20 ans la Source de Lumière Suisse SLS qui représente un étalon-or dans le domaine de l’analyse de la structure cristalline des protéines au moyen des rayons X. Quant au laser à rayons X à électrons libres SwissFEL, en service depuis 2016, il pose un nouveau jalon par rapport aux méthodes connues dans l’analyse structurale avec résolution temporelle. Les expériences au SwissFEL permettront en effet aux chercheurs d’observer en détail la structure, mais aussi le mouvement de molécules protéiques.

Dans le domaine de l’analyse structurale au moyen d’électrons, le PSI héberge également d’importantes activités depuis que Gebhard Schertler a repris la direction du domaine de recherche Biologie et Chimie en 2010. Gebhard Schertler a été longtemps un collaborateur de Richard Henderson, autre lauréat du prix Nobel 2017. Je suis conscient depuis de nombreuses années de l’importance que revêt l’analyse structurale au moyen d’électrons, explique-t-il. C’est la raison pour laquelle je me suis engagé pour le renforcement d’une plateforme moderne de microscopie électronique en complément de la Source de Lumière Suisse SLS au PSI. Avec Takashi Ishikawa pour la microscopie électronique et Jan Pieter Abrahams pour l’analyse structurale au moyen d’électrons, nous avons réussi à faire venir au PSI deux experts reconnus. Jan Pieter Abrahams a travaillé dans les années 1990 avec Richard Henderson sur le développement de nouveaux détecteurs. Aujourd’hui, il développe en collaboration avec l’Université de Bâle un appareil novateur pour l’analyse structurale de biomolécules au moyen d’électrons. Contrairement aux engins actuels, cet appareil ne produira pas d’images de molécules individuelles, mais des schémas de diffraction qui montrent comment les électrons ont été déviés de leur trajectoire en traversant la molécule. Cette méthode a le potentiel de faire encore avancer d’un grand pas, la qualité de l’analyse des molécules individuelles dans les sciences du vivant et de rendre possible une nouvelle dimension de l’analyse structurale au moyen d’électrons, explique Jan Pieter Abrahams. Nous sommes curieux de voir comment le domaine va se développer au cours des années qui viennent. Et qui sait, peut-être que le vieux rêve des biologistes structuraux de réussir à visualiser directement la structure de biomolécules individuelles dans une cellule ou des tissus vivants va se réaliser un jour.

Texte: Institut Paul Scherrer/Gregor Cicchetti