Les biochimistes de l’Université Martin Luther Halle-Wittenberg (MLU) ont utilisé un cryo-microscope électronique standard pour obtenir des images étonnamment bonnes qui sont comparables à celles prises par un équipement beaucoup plus sophistiqué. Ils ont réussi à déterminer la structure de la ferritine presque au niveau atomique. Leurs résultats ont été publiés dans la revue PLOS ONE.

La cryo-microscopie électronique est devenue de plus en plus importante ces dernières années, en particulier pour faire la lumière sur les structures protéiques. Les développeurs de la nouvelle technologie ont reçu le prix Nobel de chimie en 2017. L’astuce: les échantillons sont surgelés puis bombardés d’électrons. Dans le cas de la microscopie électronique traditionnelle, toute l’eau est d’abord extraite de l’échantillon. Cela est nécessaire car l’enquête se déroule sous vide, ce qui signifie que l’eau s’évaporerait immédiatement et rendrait l’imagerie impossible.

Cependant, parce que les molécules d’eau jouent un rôle si important dans les biomolécules, en particulier dans les protéines, elles ne peuvent pas être examinées en utilisant la microscopie électronique traditionnelle. Les protéines sont parmi les blocs de construction les plus importants des cellules et effectuent une variété de tâches. Une connaissance approfondie de leur structure est nécessaire pour comprendre leur fonctionnement.

Le groupe de recherche dirigé par le Dr Panagiotis Kastritis, qui est chef de groupe au Center for Innovation Competence HALOmem et professeur junior à l’Institut de biochimie et de biotechnologie de la MLU, a acquis un cryo-microscope électronique de pointe à 2019. « Il n’y a pas d’autre microscope comme celui-ci à Halle », explique Kastritis. Le nouveau Thermo Fisher Glacios 200 kV, financé par le Ministère fédéral de l’éducation et de la recherche, n’est pas le microscope le meilleur et le plus cher du genre.

Néanmoins, Kastritis et ses collègues ont réussi à déterminer la structure de l’apoferritine, une protéine de stockage du fer jusqu’à 2,7 ångströms (Å), en d’autres termes, presque jusqu’à l’atome individuel. Un ångström équivaut à un dixième de nanomètre. Cela place le groupe de recherche dans une ligue similaire aux départements avec un équipement beaucoup plus cher. L’apoferritine est souvent utilisée comme protéine de référence pour déterminer les performances des microscopes correspondants.

Tout récemment, deux groupes de recherche ont battu un nouveau record avec une résolution d’environ 1,2 Å. « De telles valeurs ne peuvent être atteintes qu’avec des instruments très puissants, dont seuls quelques groupes de recherche dans le monde disposent. Notre méthode est conçue pour les microscopes trouvés dans de nombreux laboratoires », explique Kastritis.

Les cryo-microscopes électroniques sont des dispositifs très complexes. « Même de minuscules désalignements peuvent rendre les images inutiles », explique Kastritis. Il est important de les programmer correctement et Halle possède l’expertise technique pour le faire. Mais l’analyse qui est effectuée après la collecte des données est tout aussi importante. « Le microscope produit plusieurs milliers d’images », explique Kastritis.

Les programmes de traitement d’image sont utilisés pour créer une structure 3D de la molécule. En coopération avec le professeur Milton T. Stubbs de l’Institut de biochimie et de biotechnologie de la MLU, les chercheurs ont développé une nouvelle méthode pour créer un modèle à haute résolution d’un protéine. Le groupe de recherche de Stubbs utilise la cristallographie aux rayons X, une autre technique pour déterminer la structure des protéines, qui nécessite la cristallisation des protéines. Ils ont pu combiner une forme modifiée d’une technique d’analyse d’image avec les images prises avec le cryo-microscope électronique. Cela a fait des États de charge et individuels molécules d’eau visible.

« C’est une méthode intéressante », explique Kastritis. Au lieu d’avoir besoin de microscopes très coûteux, une grande capacité de calcul est nécessaire, ce que possède la MLU. Maintenant, en plus d’utiliser la cristallographie aux rayons X, la cryo-microscopie électronique peut être utilisée pour produire des images de protéines, en particulier celles qui sont difficiles à cristalliser. Cela permet une collaboration, à l’intérieur et à l’extérieur de l’université, sur l’analyse structurelle d’échantillons à potentiel médical et biotechnologique.

Fourni par Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg