Une thématique largement partagée par les équipes SBM et DICO du LIDYL porte sur l'étude de macromolécules biologiques, et en lien avec leur environnement, et plus particulièrement :
- Les molécules biologiques, comme l'ADN, ainsi que certains polymères bioinspirés sont des molécules flexibles existant sous plusieurs conformations. Leur étude en phase gazeuse, en absence d'environnement, permet notamment d'identifier les conformations les plus stables et de caractériser les interactions qui les stabilisent (laisons hydrogène).
- L'ingénierie moléculaire, où les études d'interactions coopératives de molécules en solution trouvent une suite directe dans l'étude des protéines et des différents modes d'assemblage de molécules d'intérêt biologique,
- les travaux sur la radiolyse et les interactions rayonnement-molécule, se transposent directement à des molécules aussi complexe que l'ADN
L'utilisation de techniques et de savoir faire du physicien ou du chimiste, se révèle fructueuse pour l'étude d'objets biologiques. Les méthodes d'études par photoionisation ou fluorescence dans une large gamme de longueur d'onde (de l'infra-rouge à l'UV lointain) et l'analyse par spectroscopie résolue en temps (excitation par impulsions laser ultra-courte) ou spectrométrie de masse, sont largement utilisées pour l'étude de molécules biologiques modèles.
← Paires d’ions : objets omniprésents dans la nature, depuis l’eau de mer, les aérosols, jusqu’aux organismes vivants. (Eric Gloaguen, LIDYL)
A topic widely shared by LIDYL's SBM and DICO teams concerns the study of biological macromolecules, and in particular :
- Biological molecules, like DNA, and some bioinspired polymers are flexible molecules existing in several conformations. Studying them in the gas phase, in the absence of the environment, makes it possible to identify the most stable conformations and characterize the interactions that stabilize them (hydrogen bonds).
- Molecular engineering, where studies of cooperative interactions between molecules in solution find a direct follow-up in the study of proteins and the different ways in which molecules of biological interest are assembled,
- Works on radiolysis and radiation-molecule interactions can be directly transposed to the study of molecules as complex as DNA.
The use of physicists' and chemists' techniques and know-how is proving fruitful in the study of biological objects. Methods such as photoionization or fluorescence studies over a wide range of wavelengths (from infrared to far UV) and analysis by time-resolved spectroscopy (excitation by ultra-short laser pulses) or mass spectrometry are widely used to investigate model biological molecules.
| Les équipes NIMBE/LIONS du CEA-Iramis et "Régulation transcriptionnelle des génomes" de CEA-Joliot/I2BC se sont associées pour développer et valider un système innovant d’automatisation de cultures de cellules. Basé sur la microfluidique, il permet de réaliser à grande échelle et avec un gain de temps considérable des expériences essentielles pour comprendre les mécanismes cellulaires mis en jeu lors d’événements de mutation de l’ADN. |
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Les études sur l'influence de rayonnements de toutes natures sur la matière biologique ont des enjeux à la fois pour la protection de la santé et pour les moyens thérapeutiques qu'elles peuvent offrir. Radiobiologie (effets de particules ionisantes) et photobiologie (effets de la lumière) contribuent chacun dans leur domaine. Par une expérience originale combinant faisceaux d'électrons et de lumière une collaboration de l'Université Paris-Saclay, impliquant le LIDYL et le NIMBE, associée à la start up ITeox, montre que les effets des deux types de faisceau présente des similarités, en particulier dans la formation d’états excités de l'ADN, et des différences dans la nature des états excités formés qu'il faudra explorer. |
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Cette étude propose une méthode innovante de détection de protéines intracellulaires qui associe fluorescence et résonance magnétique, en combinant l’utilisation d’un fluorophore activable de très petite taille et l’exploitation de la grande sensibilité d’un traceur RMN non toxique, le xénon, dont le spin nucléaire est hyperpolarisé. Les biosondes ainsi constituées sont ainsi doublement activables, combinant un signal de fluorescence et un signal de RMN du xénon-129 spécifiques lorsque la cible est rencontrée. |
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La spectroscopie par résonance magnétique nucléaire (RMN) est un outil puissant pour la biologie, permettant l'imagerie (IRM) ainsi que l'analyse structurelle et chimique des métabolites. Une collaboration de scientifiques de Nimbe, de Neurospin et de l'Université de Bordeaux a récemment conçu une sonde μRMN non invasive pour le profilage en ligne d'activités physiologiques métaboliques in vivo avec un capteur RMN de taille micro placé à proximité immédiate d'une sonde d'échantillonnage de microdialyse. Un tel dispositif est capable d'effectuer un diagnostic en temps réel, déchiffrant des activités métaboliques complexes. |
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La résonance magnétique nucléaire (RMN) est une technique d'analyse puissante mais peu sensible. Des enjeux majeurs en analyse chimique (détection de produits en très faibles concentrations ou étude des effets isotopiques, notamment) incitent à rechercher de nouvelles méthodes pour détecter et séparer les signaux faibles des composantes principales du signal. Pour ceci, une approche existe : au lieu d'appliquer une impulsion radiofréquence pour exciter le système, il est possible d'analyser l'autocorrélation du bruit du signal aux bornes de la bobine radiofréquence de détection RMN, qui est, par construction, fortement couplée avec les spins de l'échantillon à analyser. Dans le cadre d'un travail collaboratif avec une équipe de l'Université Johannes Kepler de Linz (Autriche), financée par une subvention conjointe ANR-FWF, une nouvelle théorie générale de ce type de détection a pu être établie, et montre la forte amélioration de sensibilité permise par la technique. De plus, l'existence d'une signature spectrale due à l'inhomogénéité du champ magnétique statique est démontrée et elle fournit aussi une référence pour le déplacement chimique, non affectée par le couplage non linéaire entre l'aimantation de l'échantillon et la bobine de détection. Cette capacité de détection améliorée a pu être appliquée aux mesures d'effets isotopiques secondaires [1]. |
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La résonance magnétique nucléaire (RMN) est une technique d'analyse chimique très puissante. Au-delà du contraste usuel, fonction des temps de relaxation des spins nucléaires, le décalage en fréquence du signal RMN, issu d'atomes avec un environnement moléculaire différent ("décalage chimique"), offre une sélectivité spectroscopique. Sur ce principe, des agents de contraste RMN sont obtenus en utilisant des atomes lourds engagés dans des complexes supramoléculaires. Le LSDRM a en particulier fait sa spécialité dans la conception de telles biosondes à base de RMN 129Xe, où le xénon polarisé en spin est encapsulé dans des molécules-cages fonctionnalisées par des ligands, conçus pour reconnaître des cibles spécifiques. Dans cette approche, l'effet de sélectivité spectrale (la résonance du xénon encagé prenant une fréquence spécifique, fonction par exemple de la nature précise de la cage) est ici complété par la haute sensibilité de la RMN apportée par l’hyperpolarisation de spin du gaz rare. Pour concevoir et utiliser au mieux ces sondes, les équipes du LSDRM et du LCMCE de l'IRAMIS/NIMBE, en collaboration avec une équipe de l'IBiTec-S/SCBM, ont cherché à modéliser leurs paramètres RMN. Dans une publication dans Angewandte Chemie, ils rapportent les résultats remarquables obtenus par simulation, en excellent accord avec leurs résultats expérimentaux. |
