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2011-02-03
Actualité médicale

Tags: imagerie -  particules uniques -  laser -  rayons X - 
Une révolution en biologie structurale : l'imagerie de particules uniques par laser de rayons X - Actualité médicale
Une révolution en biologie structurale : l'imagerie de particules uniques par laser de rayons X

Produire un faisceau laser de rayons X ultra puissant pour visualiser une seule particule virale en un seul flash de quelques femtosecondes (10-15 seconde) : c'est la prouesse que vient de réaliser un consortium interdisciplinaire international de plus de 20 laboratoires (1), dont le laboratoire CNRS Information génomique et structurale.

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Ces chercheurs ont en effet reconverti l'accélérateur de particules de Stanford (SLAC) en un gigantesque appareil de radiologie pour particules « uniques » : cellules entières, virus, ou même macromolécules. Ces travaux publiés le 3 février 2011 dans la revue Nature annoncent une nouvelle ère pour la biologie structurale, en ouvrant l'utilisation des rayons X à l'étude de la structure tridimensionnelle d'objets biologiques asymétriques, non cristallisables, et même en mouvement. Les chercheurs travaillent désormais à améliorer la résolution des images pour parvenir à la visualisation détaillée de l'extérieur comme de l'intérieur de ces particules biologiques.

Les physiciens impliqués dans ces travaux étudient depuis le milieu des années 1990 la possibilité d'utiliser les accélérateurs de particules pour des études biologiques. Ils sont parvenus à adapter l'Accélérateur linéaire de Stanford (SLAC) en lui ajoutant toute une structure, composée d'aimants sur 800 mètres de long, pour produire, à partir de l'accélération des électrons, l'émission d'une quantité colossale de photons à la même fréquence dans les longueurs d'onde des rayons X durs. Ces photons constituent ainsi le faisceau laser de rayons X le plus puissant du monde. La puissance délivrée par cet instrument, le LCLS (Linac Coherent Light Sources), est de 6,5 1015 watts/cm2, soit une augmentation d'un facteur 10 milliards par rapport aux brillances disponibles jusqu'à présent ! Ce chiffre est difficilement concevable, quand on sait qu'un réacteur de centrale nucléaire délivre une puissance de 1000 mégawatts (1012 watts)… De plus, cette impulsion laser est très brève : 70 femtosecondes. Toute l'énergie envoyée sur la cible est ainsi concentrée en un temps extrêmement court, ce qui permet d'obtenir une image avant l'explosion de l'échantillon. Chaque particule biologique injectée dans le faisceau de photons, à une vitesse de 300km/h, est transformée en un plasma à une température de 100 000 ...

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Article écrit le 2011-02-03 par CNRS - Nature 02/11
Source: CNRS - Nature Accéder à la source

Mots clés: imagerie particules uniques laser rayons X


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En savoir plus

Notes :

(1) Ce consortium est dirigé par Janos Hajdu de l'Université d'Uppsala en Suède.

(2) Découvert en 2003 par les équipes CNRS de Didier Raoult et de Jean-Michel Claverie à Marseille, Mimivirus est le plus gros virus à ADN connu à ce jour.

(3) La radiocristallographie utilise la cristallisation d'un grand nombre d'objets identiques selon un réseau régulier pour amplifier leur signal individuel de diffraction. La microscopie électronique utilise les symétries (réelles ou approximative) des objets pour en reconstituer la structure tridimensionnelle à partir d'une multitude (des dizaines de milliers) d'images de leur projection sur un plan.
(4) Voir le communiqué de presse CNRS : Consulter le site web

Références :

Single Mimivirus particles intercepted and imaged with an X-ray laser.
M. Marvin Seibert, Tomas Ekeberg, Filipe R. N. C. Maia, Martin Svenda, Jakob Andreasson, Olof Jönsson, Duško Odić, Bianca Iwan, Andrea Rocker, Daniel Westphal, Daniel P. DePonte, Anton Barty, Joachim Schulz, Lars Gumprecht, Nicola Coppola, Andrew Aquila, Mengning Liang, Thomas A. White, Andrew Martin, Carl Caleman, Stephan Stern, Chantal Abergel, Virginie Seltzer, Jean-Michel Claverie, Christoph Bostedt, John D. Bozek, Sébastien Boutet, A. Alan Miahnahri, Marc Messerschmidt, Jacek Krzywinski, Garth Williams, Keith O. Hodgson, Michael J. Bogan, Christina Y. Hampton, Raymond G. Sierra, Dmitri Starodub, Inger Andersson, Saša Bajt, Miriam Barthelmess, John C. H. Spence, Petra Fromme, Uwe Weierstall, Richard Kirian, Mark Hunter, R. Bruce Doak, Stefano Marchesini, Stefan P. Hau-Riege, Matthias Frank, Robert L. Shoeman, Lukas Lomb, Sascha W. Epp, Robert Hartmann, Daniel Rolles, Artem Rudenko, Carlo Schmidt, Lutz Foucar, Nils Kimmel, Peter Holl, Benedikt Rudek, Benjamin Erk, André Hömke, Christian Reich, Daniel Pietschner, Georg Weidenspointner, Lothar Strüder, Günter Hauser, Hubert Gorke, Joachim Ullrich, Ilme Schlichting, Sven Herrmann, Gerhard Schaller, Florian Schopper, Heike Soltau, Kai-Uwe Kühnel, Robert Andritschke, Claus Dieter Schröter, Faton Krasniqi, Mario Bott, Sebastian Schorb, Daniela Rupp, Marcus Adolph, Tais Gorkhover, Helmut Hirsemann, Guillaume Potdevin, Heinz Graafsma, Björn Nilsson, Henry N. Chapman, Janos Hajdu.

Nature, 3 février 2011