Un capteur biologique de lumière filmé en pleine action
(Keystone-ATS) Une équipe internationale avec participation de l’Institut Paul Scherrer (PSI) a enregistré à l’aide d’un laser à rayons X un des processus les plus rapides en biologie, un capteur de lumière en pleine action. Ces travaux sont publiés dans la revue Science.
Le film ainsi réalisé révèle la manière dont le rétinal est activé dans une protéine. Des réactions de ce type interviennent dans de nombreux organismes qui exploitent la valeur informative et énergétique de la lumière.
Elles permettent à certaines bactéries de produire de l’énergie grâce à la photosynthèse, sont présentes chez l’homme et l’animal au début du processus de la vision, et elles commandent également l’adaptation au rythme jour-nuit, a indiqué le PSI jeudi dans un communiqué.
Les prises de vues ont été effectuées au LCLS, le laser à rayons X à électrons libres de Stanford, en Californie. Elles montrent comment une protéine pilote de manière efficace la réaction du capteur de lumière intégré en son sein.
Le rétinal, aussi appelé rétinaldéhyde, est une forme de la vitamine A. Il a une importance centrale pour les humains, les animaux, certaines algues et de nombreuses bactéries. Dans la rétine de l’œil humain, cette molécule déclenche le processus de la vision en changeant de forme sous l’effet de la lumière.
Certaines bactéries utilisent aussi cette réaction pour pomper des protons et des ions à travers la membrane cellulaire. L’énergie de la lumière peut ainsi être stockée et ensuite mise à disposition en cas de besoin sous forme de carburant biologique.
Film moléculaire
L’activation du rétinal compte parmi les processus biologiques les plus rapides, se produisant en l’espace de 500 femtosecondes (une femtoseconde = un millionième de milliardième de seconde). Les chercheurs du PSI ont mis en évidence ce qui se passe à l’échelle des atomes par le biais de vingt clichés qu’ils ont assemblés pour en faire un film.
“Personne n’a jusqu’ici mesuré une protéine de rétinal de manière aussi rapide et précise”, souligne dans le communiqué Jörg Standfuss qui dirige au PSI le groupe de cristallographie à résolution temporelle dans le domaine de la biologie et de la chimie.
A côté de la réaction du rétinal, les chercheurs ont pu apporter la preuve de tremblements de la protéine qui avaient fait l’objet de prédictions théoriques. Toute l’énergie lumineuse qui tombe sur la protéine n’est pas utilisée, et l’excédent est libéré sous forme de de vibrations.
Nouvelles mesures au SwissFEL
A l’avenir, de tels films pourront être réalisés directement au PSI grâce à l’installation SwissFEL, le nouveau laser à rayons X à électrons libres suisse. Les scientifiques entendent notamment analyser le rétinal dans la rhodopsine présente dans l’oeil humain.
Des protéines similaires contenant du rétinal peuvent aussi être intégrées de manière artificielle dans des cellules nerveuses, afin d’activer ces dernières de façon ciblée avec la lumière et d’analyser leur fonction.
“Grâce à ces protéines de rétinal, il est possible d’activer une région choisie du cerveau à l’aide de la lumière”, indique Jörg Standfuss, en précisant qu’il s’agit d’un des objectifs de l’optogénétique.
Les mesures effectuées au SwissFEL doivent contribuer à améliorer des applications de ce nouveau domaine de recherche. Des chercheurs du Japon, des Etats-Unis, d’Allemagne, d’Israël et de Suède ont également participé à ces travaux.
