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Nobel de Chimie pour la nano-microscopie sous fluorescence

Jean-François Preveraud
Nobel de Chimie pour la nano-microscopie sous fluorescence

Eric Betzig, Stefan W. Hell et William E. Moerner, Prix Nobel de Chimie 2014

© DR

Eric Betzig, Stefan W. Hell et William E. Moerner ont reçu aujourd’hui le Prix Nobel de Chimie 2014 pour leurs travaux qui ont abouti au développement de la nano-microscopie utilisant la fluorescence, qui permet d’obtenir une résolution beaucoup plus importante que celle de la microscopie optique.

L'Académie royale suédoise des sciences a décidé de décerner le Prix Nobel de Chimie 2014 à Eric Betzig (Janelia Farm Research Campus, Howard Hughes Medical Institute, Ashburn, Virginie, USA) ; Stefan W. Hell (Max Planck Institute for Biophysical Chemistry, Göttingen, et German Cancer Research Center, Heidelberg, Allemagne) et William E. Moerner (Stanford University, Stanford, Californie, États-Unis) pour « le développement de la microscopie de fluorescence super-résolue ».

Pendant longtemps, la microscopie optique a été bloquée par une limitation présumée : il ne serait jamais possible d’obtenir une meilleure résolution que la moitié de la longueur d'onde de la lumière. Aidés par des molécules fluorescentes les lauréats du Prix Nobel de Chimie 2014 ont ingénieusement contourné cette limitation. Leurs travaux novateurs ont propulsé la microscopie optique dans la nano-dimension.

Dans ce qui est connu aujourd’hui sous le nom de nanoscopie, les scientifiques visualisent les trajets de molécules individuelles à l'intérieur des cellules vivantes. Ils peuvent ainsi voir comment les molécules créent des synapses entre les cellules nerveuses dans le cerveau. Ils peuvent suivre les protéines impliquées dans les maladies de Parkinson, d'Alzheimer et de Huntington et comprendre leur agrégation et suivent les protéines individuelles dans des œufs fécondés pour comprendre comment elles se divisent en embryons.

Une gageure car on pensait depuis les travaux du spécialiste de la microscopie Ernst Abbe parus en 1873, qu’il y avait une limite physique à la résolution maximale de la microscopie optique traditionnelle qui ne pourrait jamais être supérieure à 0,2 micromètre. Il était donc tout sauf évident que les scientifiques puissent un jour être en mesure d'étudier des cellules vivantes dans le moindre détail moléculaire. Mais les travaux de Eric Betzig, Stefan W. Hell et William E. Moerner ont permis de contourner cette limite.

Deux méthodologies différentes

Deux principes distincts sont récompensés par ce Prix Nobel. La méthode de microscopie Stimulated Emission Depletion (STED - déplétion par émission stimulée) développée par Stefan Hell en 2000. Deux faisceaux lasers sont utilisés : l’un stimule des molécules fluorescentes pour les faire luire, l’autre annule toutes les lueurs à l'exception de celles contenues dans un volume de taille nanométrique. En balayant l’échantillon étudié, nanomètre par nanomètre, on obtient une image avec une résolution meilleure que la limite prévue par Abbe.

De leur côté, Eric Betzig et William Moerner, travaillant séparément, ont jeté les bases pour une seconde méthode, la single-molecule microscopy (microscopie de molécule unique). Le procédé repose sur la possibilité «d’allumer ou d’éteindre individuellement» la fluorescence des molécules. Les scientifiques capturent l'image de la même zone plusieurs fois, laissant à chaque fois seulement quelques molécules briller. La superposition de ces images donne une image dense haute résolution à l’échelle nanoscopique. Eric Betzig a utilisé pour la première fois cette méthode en 2006.

Jean-François Prevéraud

Pour en savoir plus : http://www.nobelprize.org/

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