Lundi 18 mars 2024, plus de 8 tonnes de matériel ont été livrées à SOLEIL. Il s'agit des pièces du nouveau cryo-microscope électronique qui sera mis à disposition des utilisateurs, sur base d'appel à projets, à partir de 2025.
La cryo-microscopie électronique (cryo-EM) devient une technologie de plus en plus courante pour étudier l'architecture des cellules, des virus et des assemblages de protéines, de la résolution moléculaire à la résolution atomique. Des développements récents dans la conception des microscopes et du matériel d'imagerie, associés à des capacités améliorées de traitement d'images et d'automatisation, sont en passe de faire progresser l'efficacité des méthodes de cryomicroscopie électronique. Ces développements promettent d'augmenter la vitesse et l'étendue de l'automatisation et d'améliorer les résolutions qui peuvent être atteintes, rendant cette technologie capable de déterminer une grande variété de structures biologiques.
Le PIA3 - EQUIPEX+ FRANCE-CRYO-EM, un projet visant à fournir et à exploiter des installations de cryo-microscopie électronique de pointe pour la biologie structurale en France, a été approuvé en décembre 2020. Un financement a été obtenu pour équiper Strasbourg, Grenoble et SOLEIL avec des microscopes de 300 kV dans le but de les utiliser "comme des lignes de lumière de synchrotron" (accès ouvert, évalué par les pairs). Un financement supplémentaire provenant des fonds régionaux du CPER 2021-2027 a été mis à disposition pour équiper plusieurs centres régionaux, dont Paris-Saclay, de cryo-microscopes électroniques modernes de 200 kV afin de préparer au mieux les projets pour utiliser le temps d’analyse sur les instruments de 300 kV de la manière la plus efficace possible. Ainsi, le microscope de 200 kV, actuellement en cours d'installation à l'I2BC à Gif sur Yvette, et le microscope de 300 kV à SOLEIL, travailleront en étroite synergie (consortium Cryo-EM@Paris-Saclay). Le projet EQUIPEX+ prévoit également 2 ingénieurs qui partageront leur temps entre les deux instruments. Le premier, Eric Larquet, travaille à 80% à SOLEIL depuis avril 2023. Le recrutement d'un second ingénieur est en cours.
Figure 1 : Eric Larquet, à genoux dans la zone dédiée à la future pièce du microscope à SOLEIL, prépare le sol en installant le gabarit de perçage pour le montage du microscope (décembre 2023).
Accès au microscope de SOLEIL
L'accès au microscope pour la communauté de la biologie structurale sera initialement disponible via le SUNSet, la plateforme SOLEIL permettant de déposer les projets d’expérience (https://www.synchrotron-soleil.fr/fr/espace-utilisateurs), avec un traitement des demandes adapté pour tenir compte des différences entre un microscope électronique (qui peut fonctionner pendant les arrêts des accélérateurs) et le synchrotron. Il est prévu que l'accès soit également assuré via le portail FRISBI (Infrastructure française de biologie structurale) selon un mécanisme en cours de définition.
Des utilisateurs experts viendront réaliser les premières expériences à l'automne 2024, suivis à partir de 2025 par les utilisateurs ayant soumis un projet.
Un tel instrument représente une technologie entièrement nouvelle à SOLEIL et est complémentaire des techniques actuelles de biologie structurale et des méthodes d'imagerie multimodale déjà utilisées au synchrotron. Cette complémentarité permettra aux utilisateurs de SOLEIL d’avoir accès aux différentes échelles spatiales de leurs échantillons biologiques, depuis les molécules jusqu’aux cellules et aux tissus.
Mise en place du microscope et de son environnement
Une équipe pluridisciplinaire a été constituée pour définir, concevoir et construire une salle propre, à faible vibration, isolée phoniquement et protégée des champs électromagnétiques, dans un espace précédemment alloué à la ligne de lumière PROXIMA 2B (une deuxième branche de la ligne PROXIMA-2 devait y être construite, mais ne l'a finalement pas été). Les travaux de conception ont été achevés en janvier 2024 et la construction de la salle de microscopie progresse rapidement pendant les périodes d'arrêt du synchrotron. La salle, qui sera construite par CLIMASCIENCE, devrait être achevée et livrée en juillet 2024. Le cryo-microscope électronique, un ThermoFisher Scientific Titan KRIOS G4, sera préinstallé en mai et juin 2024, et mis en service après l'achèvement de la salle de microscopie.
Les tests d'acceptation du microscope KRIOS ont eu lieu en janvier 2024, sur le site de Thermo Fisher Scientific. Eric Larquet et Pierre Legrand, scientifique en charge de la ligne de lumière PROXIMA-1 et responsable du projet CryoEM à SOLEIL, ont assisté à Eindhoven aux mesures tests qui ont montré une excellente performance de l’instrument, avec la détermination de la structure de la protéine apo-ferritine* à une résolution de près de 1,11 Angström - un record mondial de résolution au moment de cette mesure.
Figure 2 : Détermination de la structure de l'apoferritine à résolution atomique par Cryo-EM
a. Micrographie électronique montrant des molécules d'apoferritine* dans de la glace vitreuse – chaque petite forme circulaire correspond à une molécule d’apoferritine.
b. Carte de densité Cryo-EM 3D d’une molécule d’apoferritine (diamètre : 18,5 nm) reconstruite à partir de projections 2D.
c. Ajustement des modèles atomiques des chaînes d'acides aminés dans la carte de densité Cryo-EM (Résolution : 1.26 Å).
Le lundi 18 mars à 04h30, le camion transportant le microscope a quitté l'usine Thermo Fisher Scientific d'Eindhoven pour arriver à SOLEIL à midi, afin de perturber le moins possible le programme de travail en physique des accélérateurs qui a lieu les lundis. Les 20 grandes caisses, soit plus de 8 tonnes de matériel, devaient être transportées en moins de deux heures, par Fenwick, depuis le camion jusqu’à la zone de stockage située dans le bâtiment synchrotron, devant la ligne de lumière ODE. Ce tour de force a pu être réalisé grâce à l'intervention rapide et efficace de Cyrille Azambourg et Victor Filipe (groupe Bât-Infra de SOLEIL) et du personnel de DEMECO.
C’est le début d’une nouvelle ère pour la biologie structurale à SOLEIL, et la mise en service du microscope est attendue avec impatience par notre communauté d'utilisateurs.
Figure 3 : 18 mars 2024, arrivée à SOLEIL du camion transportant les différentes pièces du microscope.
* Apoferritine : protéine à 24 sous-unités (474 kDa), considérée comme la référence pour l'analyse en cryomicroscopie électronique de particules uniques ; elle est utilisée comme contrôle de qualité pour ces microscopes. Elle est au cryoEM ce que le lysozyme est à la cristallographie des protéines.