Qu’est-ce que la cryomicroscopie électronique (cryo-ME) ?
La cryomicroscopie électronique (cryo-ME) est un type de microscopie électronique à transmission qui permet d’observer la structure tridimensionnelle des protéines et d’autres biomolécules en congelant les échantillons dans l’azote liquide (-196 °C).
Les méthodes d’analyse par cryomicroscopie électronique se sont développées rapidement ces dernières années. En 2017, le prix Nobel de chimie a été décerné à trois chercheurs impliqués dans son développement. En tant que nouvelle technique d’analyse mise en pratique ces dernières années, elle devrait contribuer de manière significative au développement de divers domaines à l’avenir, notamment la découverte de médicaments, la médecine et les sciences de la vie.
Utilisations de la cryomicroscopie électronique (cryo-ME)
La cryomicroscopie électronique a été développée pour analyser la structure tridimensionnelle de biomolécules telles que les protéines avec une haute résolution. La cristallographie à rayons X conventionnelle est difficile à analyser en raison de la difficulté de cristallisation des protéines : la cryo-microscopie électronique permet d’analyser les protéines en solution. Il est également possible d’analyser des poids moléculaires élevés, ce qui est difficile avec l’analyse par résonance magnétique nucléaire (RMN).
La recherche et le développement actifs de ces dernières années ont considérablement amélioré la résolution, permettant une analyse au niveau atomique jusqu’à 1,5 Å (1 Å (angström) = 10 à la puissance moins dixième d’un mètre).
Principe de la cryomicroscopie électronique (Cryo-ME)
Avec la microscopie électronique à transmission, base de la cryo-ME, il était difficile d’observer des structures contenant des molécules d’eau, comme les protéines, tout en conservant leur structure. L’échantillon était irradié par des faisceaux d’électrons dans le vide. La cryomicroscopie électronique permet d’observer tout en conservant la structure en congelant rapidement l’échantillon dans l’azote liquide (-196 °C).
Lors de l’observation des structures moléculaires des protéines et d’autres molécules avec une cryomicroscopie électronique (Cryo-ME), de faibles faisceaux d’électrons sont irradiés afin de minimiser les dommages causés aux structures moléculaires par les faisceaux d’électrons. Les images obtenues sont donc très bruitées. C’est pourquoi un grand nombre de photographies de la même protéine sont prises et la structure tridimensionnelle de la protéine est reconstruite en faisant la moyenne d’un grand nombre de données d’image. Cette technique d’analyse est connue sous le nom d’analyse de particules uniques.
Derrière l’application pratique et l’amélioration des performances des Cryo-ME se cachent de nombreuses innovations technologiques : de nouvelles techniques d’analyse d’images basées sur l’apprentissage profond et l’amélioration de la puissance de calcul des ordinateurs, sans oublier l’amélioration des performances du canon à électrons, des lentilles et des caméras, y compris le mécanisme de refroidissement, des instruments eux-mêmes.