Aujourd'hui, un tout nouveau microscope cryo-électronique a été inauguré à la Vrije Universiteit Brussel. Le dispositif, sans précédent en Europe, devrait être à la base des découvertes pharmaceutiques et raccourcir le temps de développement de nouveaux médicaments.
Avec le microscope cryo-électronique, une nouvelle ère s'ouvre dans le domaine de la biologie structurale. Dans ce domaine, la composition de biomolécules complexes comme les protéines ne prime pas. Il est souvent déjà connu. L'accent est mis ici sur la façon dont les milliers d'atomes de protéines forment des structures spatiales. Après tout, c'est cette structure tridimensionnelle qui détermine le fonctionnement d'une protéine et la façon dont d'autres molécules beaucoup plus petites s'y attachent.
«Vous seriez surpris de voir à quel point nous en savons peu sur les médicaments que nous utilisons», déclare Jan Steyaert du département de biologie structurale, une collaboration entre la VUB et l'Institut flamand de biotechnologie (VIB). « Prenez le diazépam (l'ingrédient actif derrière le Valium, éd.) par exemple. On sait depuis des décennies sur quelle protéine agit ce somnifère et sédatif. Mais nous ne savions pas exactement où ni comment le Valium se lie au récepteur protéique.'
Cela en dit long sur la manière dont les chercheurs pharmaceutiques développaient de nouveaux médicaments jusqu'à récemment. Cette recherche impliquait toujours un degré élevé d'essais et d'erreurs. Ce n'est pas pour rien qu'on lui a donné le terme de découverte de médicaments. Avec les connaissances fondamentales fournies par la biologie structurale, cela doit changer radicalement. Il sera possible de cibler des protéines. Steyaert :« Cela augmente les chances de succès des découvertes pharmaceutiques. Le temps de développement de nouveaux médicaments est de plus en plus court.'
Jusqu'à récemment, les biologistes ne pouvaient déterminer la structure des protéines qu'en utilisant la cristallographie aux rayons X. Pour cela, ils avaient besoin de molécules sous forme solide. Il fallait d'abord les "cristalliser". Malheureusement, cela n'est pas possible avec de nombreuses protéines humaines, animales et bactériennes.
En cryo-microscopie électronique (cryo-EM), un échantillon de protéine purifiée est congelé dans une fine couche de glace puis placé sous un microscope très sensible. Un échantillon contient des millions de copies de la même protéine, chacune congelée dans une orientation différente à -180 degrés Celsius.
Parce que les protéines ont une orientation aléatoire, le microscope électronique peut prendre des photos de toutes les projections. Le microscope n'a pas à tourner; ce sont les protéines qui se montrent de toutes parts. «Les électrons traversent la structure moléculaire et ne s'arrêtent que lorsqu'ils entrent en collision avec un atome», explique Steyaert. "Nous détectons des électrons individuels qui ne sont pas absorbés. De cette façon, nous arrivons à une projection 2D de la structure tridimensionnelle de la protéine.'
La résolution des projections individuelles est décevante. "Mais nous avons des milliers d'enregistrements pour chaque orientation", explique Steyaert. «En combinant ces enregistrements avec l'ordinateur, nous obtenons des images 2D avec une résolution plus élevée. Nous répétons ensuite ce processus pour chaque orientation, après quoi nous combinons également les images minuscules résultantes en une image tridimensionnelle. De cette façon, nous exposons la structure complète de la protéine en 3D.'
Le cryo-EM de la VUB n'est que le deuxième de la dernière génération – l'autre est au Japon. Cela fait de Bruxelles et du campus de la VUB l'un des centres névralgiques de la cryo-EM dans le monde. «L'intention est que le microscope fonctionne 24 heures sur 24, sept jours sur sept», explique Steyaert. « Nous l'utiliserons 70 % du temps. Le temps d'observation restant revient à d'autres scientifiques flamands et européens, ainsi qu'à l'industrie. »
Le travail ingénieux derrière le cryo-EM n'a pas non plus échappé au Comité suédois du prix Nobel l'année dernière. Puis Jacques Dubochet, Joachim Frank et Richard Henderson ont reçu le prix Nobel de chimie pour leurs travaux qui, selon le Comité Nobel, "ont marqué une percée dans l'étude des protéines vivantes actives".
