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.
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Un défi constant de la recherche dans le domaine de la santé, est le développement de techniques de diagnostic précoce, rapides, sensibles, transportables au chevet du patient, tout en étant peu coûteuses. L'Organisation Mondiale de la Santé (OMS) a ainsi défini les critères ASSURED (Affordable, Sensitive, Specific, User-friendly, Rapid and robust, Equipment-free and Deliverable to end-users) que les tests de diagnostic terrain doivent remplir. La pandémie mondiale de COVID-19 a également démontré la nécessité de tels tests. Les capteurs à magnétorésistance géante (GMR) [1] qui ont été développés pour une grande variété d'applications (industrie automobile, automatisme, informatique etc.), présentent également un réel potentiel dans le domaine de la santé, notamment pour le développement de dispositifs de diagnostic précoce sur les lieux de soins. Le principe de la technique repose sur l'utilisation de particules magnétiques fonctionnalisées par des anticorps monoclonaux dirigés contre les cibles d'intérêt (figure 1A). La détection dynamique des objets ainsi marqués est réalisée à l'aide de capteurs GMR, développés au CEA-SPEC. La sensibilité de ces capteurs permet le comptage individuel des objets biologiques (ici des cellules) magnétiquement marqués. Après avoir validé la méthode sur un premier appareil, la réalisation d'un second dispositif à "double détection" permet d'atteindre une plus grande sélectivité, en réduisant fortement les faux-positifs. |
| Dans un article publié le 28 décembre 2018 dans PNAS [1], le groupe d’Hugues Chaté (IRAMIS/SPEC), en collaboration avec celui de Hepeng Zhang à l’Université Jiao Tong de Shanghai, a réussi à modéliser quantitativement la structure et la dynamique des défauts topologiques d’un cristal liquide actif fait de bactéries. Ce résultat constitue une étape importante dans l’évolution de la physique de la matière active en une discipline mature, notamment en vue des nombreuses applications attendues de ces systèmes. |
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Dans un article publié le 17 Mai 2018, dans la revue Cell, l'équipe dirigée par Guillaume Duménil à l'Institut Pasteur, en collaboration avec le groupe d’Hugues Chaté (IRAMIS/SPEC) et celui de Raphaël Voituriez (UPMC), décrypte une étape clé de l’infection causée par le méningocoque, un pathogène humain responsable de méningites chez les nourrissons et les jeunes adultes. Malgré une prise en charge rapide, le taux de mortalité dû à ces infections reste très important. La modélisation statistique permet de rendre compte des interactions conduisant à la formation des agrégats bactériens observés. L'étude révèle un nouveau type de matière active basée sur la présence des forces attractives intermittentes entre ses éléments constituants. |
| An international team published in Nature, the discovery and interpretation of a surprising form of biological collective motion: They observed that millions of motile cells in dense bacterial suspensions can self-organize into highly robust collective oscillatory motion, while individuals move in an erratic manner. This "weak synchronization" phenomenon presents a novel mechanism of oscillatory behavior in multicellular systems and constitutes a new type of ordered active matter. Experimental evidence, together with a mathematical model developed by theorists Hugues Chaté from CEA-Saclay in France and Xia-qing Shi from Soochow University in mainland China, demonstrate that the self-organized collective oscillatory motion may result from spontaneous symmetry breaking of bacterial motion mediated by purely local interactions between individual cells. |
