PROXIMA-1
Il existe mille et une façons de scruter la matière avec la lumière, pas seulement celle que notre œil perçoit, mais aussi les lumières invisibles, l'infrarouge, l'ultraviolet et les rayons X. Ce sont les lumières que produit le synchrotron SOLEIL avec une exceptionnelle brillance, ce qui permet aux chercheurs de voyager dans l'infiniment petit, au cœur des molécules et des atomes. Pour réaliser leurs expériences, ils placent les échantillons au bout des lignes de lumière, comme des cibles.
Voyage au cœur du vivant avec les rayons X : la cristallographie
Face à la baisse récente d’efficacité des traitements antipaludiques, de nouvelles pistes sont explorées pour lutter contre la malaria. Des chercheurs de l’Université Toulouse 3, des Laboratoires Servier et de la société Vectalys ont étudié des molécules de synthèse (INODs), connues pour leur activité antipaludique mais dont le mécanisme d’action restait flou. La quinone réductase 2 (hQR2) est décrite comme étant une cible de traitements contre la malaria. Les structures 3D de complexes INODs/hQR2 ont été déterminées par diffraction des rayons X sur PROXIMA-1.
La structure 3D de la protéine HAP2, impliquée dans ce mécanisme de fusion chez une algue unicellulaire, a été déterminée par diffraction des rayons X. Elle s’est révélée homologue de protéines de fusion virales.
Une partie des données de diffraction a été obtenue sur la ligne PROXIMA-1.
La section scientifique Sciences de la vie de SOLEIL est un groupe actif composé d’environ 30 experts dans divers domaines. L’upgrade en cours du synchrotron SOLEIL (projet SOLEIL II) contribuera à l'émergence de méthodes visant à améliorer les capacités d'imagerie à haute résolution spatiale et temporelle des cellules, des tissus et des organes.
Les récentes révolutions dans le domaine de la cryo-tomographie électronique (cryo ET) a changé notre façon d'envisager les approches d’imagerie intégratives. L'association de la cryo EM (SPA et ET) aux techniques basées sur le synchrotron facilite grandement la corrélation des informations moléculaires et structurales, du niveau atomique au niveau cellulaire. L'expertise combinée des équipes des lignes de lumière dédiées aux sciences de la vie à SOLEIL constitue la base du développement d'une approche post-upgrade de la biologie intégrative.
Contact
Pour toute demande d'informations générales, veuillez utiliser notre adresse e-mail : life-sciences@synchrotron-soleil.fr
Lignes de lumière et Laboratoires de la section
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L'équipe Sciences de la vie
HPLC-MALLS-RI | GRADES Data Analysis | Data Analysis | Cristallography | X-ray spectroscopy |
SAXS | HPLC-MALLS-RI | |||
SR Circular Dichroism | GRADES Data Analysis | Infrared micro-spectroscopy | ||
X-ray tomography | ||||
X-ray tomography | SR Circular Dichroism |
Imaging | Imaging |
Les actualités
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SUCCESS STORY – Programme ESR – NEPHEWS Aleksandra Krajcer, accueillie sur la ligne (...)
Highlights de SOLEIL 2024
| Scientific axes | Experimental techniques | Techniques of analysis | ||
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Les agents pathogènes (ré)émergents dans leur environnement | Méthodes synchrotron pour les médecins | Des plantes pour un monde en mutation | Structure of biomacromolecules : X-Ray (Imaging), Christallography (Diffraction), SAXS (Scattering), SRCD APPI |
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| Spectromicroscopy Infrared, DUV, X-Ray | ||||
| X-Ray Imaging Coherent, Tomography, full field, scanning nanoprobres | ||||
Les agents pathogènes (ré)émergents dans leur environnement
L'apparition récente de nouvelles maladies et la réémergence d'anciennes maladies continuent de constituer une menace sérieuse pour l’humanité. Le monde a récemment été témoin de l'émergence d'une nouvelle menace liée au coronavirus (SARS-Cov2). En effet, de nombreux virus et bactéries évoluent rapidement pour propager au sein de la population hôte. Ce faisant, certains de ces pathogènes vont altérer la santé de l’hôte conduisant dans les cas les plus extrêmes à sa mort. Le réchauffement climatique a exacerbé cette situation en favorisant la propagation des vecteurs de ces maladies, ce qui a des conséquences dramatiques sur notre environnement et notre santé. Les maladies épizootiques et anthropo-épizootiques représentent clairement une menace majeure pour la santé humaine. L'ampleur totale de la pandémie actuelle de SARS-Cov2 ne sera pas connue avant plusieurs années. Mais, pour prendre un autre exemple, selon l'Organisation mondiale de la santé (OMS), l'impact du virus de la grippe A est estimé à 3 à 5 millions de cas de maladie grave et jusqu'à un demi-million de décès dans le monde chaque année. La situation s'aggravera encore lorsque les virus muteront en formes virulentes provoquant des pandémies humaines qui se reproduiront toutes les quelques décennies. La surutilisation et la mauvaise utilisation des traitements antibiotiques chez l'Homme et le bétail, ainsi que les quantités importantes de médicaments rejetées dans les déchets urbains, sont un facteur majeur dans l'apparition de bactéries multirésistantes, plus communément appelées superbactéries. C’est pourquoi la découverte de nouveaux antibiotiques et leur développement sont nécessaires de toute urgence pour faire face aux dangers liés à l'émergence et à la propagation de bactéries multirésistantes, en particulier les pathogènes Gram négatifs appartenant au groupe ESKAPE. Notre connaissance insuffisante de la structure complexe de leur membrane externe et de leur organisation interne reste une lacune importante qui doit être comblée si nous voulons pouvoir comprendre les mécanismes à l'origine de la résistance aux antibiotiques et leur absorption par les bactéries vivantes. Il est donc essentiel de mieux comprendre comment les agents pathogènes interagissent avec leur hôte et se propagent dans l'environnement, et comment ils peuvent être combattus.
Toutes les maladies (ré)émergentes ont en commun des liens étroits entre l'adaptation structurale des molécules des microbes et leur virulence ou leur résistance spécifique. Afin de soutenir la collaboration nationale entre les scientifiques des organismes de recherche spécialisés (CNRS, CEA, IRBA, Institut Pasteur, INSERM, INRAe, etc.), SOLEIL renforcera sa combinaison existante de techniques d’analyses structurales de pointe pour déchiffrer les bases moléculaires qui sous-tendent les mécanismes de virulence et de résistance. De nouvelles méthodes d'imagerie révolutionnaires sont en cours de développement i) au niveau cellulaire, où les médicaments et les protéines peuvent être suivis dans des cellules vivantes ou en différé en conditions cryogéniques sur des échantillons entièrement hydratés, et ii) au niveau tissulaire, où des modalités d'imagerie innovantes permettront de mieux comprendre les effets induits par ces maladies chez les animaux et les patients. Ce n'est que grâce à la coordination intégrée du large éventail d'expertises spécialisées fournies par des groupes de recherche indépendants que des solutions durables pourront voir le jour.
Méthodes synchrotron pour les médecins
Les médecins, qui sont en première ligne dans la prise en charge des maladies et des traumatismes, sont constamment à la recherche de nouveaux outils diagnostiques. Les technologies thérapeutiques et l'imagerie biomédicale ont grandement bénéficié des méthodes de rayonnement synchrotron pour un diagnostic plus rapide et plus fiable. Celles-ci comprennent, sans s'y limiter, l'irradiation par microfaisceau de rayons X et les thérapies par activation photonique, la tomodensitométrie, l'angiographie coronarienne, la bronchographie et la mammographie. L'intégration de techniques complémentaires utilisant le rayonnement synchrotron contribue à enrichir la fiabilité des bases de données utilisées par les chirurgiens lors de l'ablation de tumeurs afin de mieux définir les limites des tissus malins. Les outils d'imagerie disponibles dans les hôpitaux offrent une faible résolution spatiale, ce qui, dans certains cas spécifiques (tels que l'apparition de faux positifs dans le marquage radioactif), nécessite le recours à des technologies d'imagerie de pointe disponibles uniquement dans les synchrotrons.
SOLEIL a déjà contribué à de tels diagnostics, avec plusieurs cas médicaux résolus, notamment celui d'un patient souffrant de cristaux de dihydroxyadénine. Les études biomédicales nécessitent en général des résolutions spatiales comprises entre 0,5 et 10 microns, rarement inférieures à 50 nanomètres. Les modalités d'accès à l'instrumentation doivent respecter les principes de bioéthique et un soin particulier doit être apporté au renvoi des échantillons de biopsie à l'hôpital après analyse. De même, la prudence est de mise lors de l'analyse des échantillons, car aucune dégradation (telle que les dommages causés par des doses trop élevées de rayons visibles, UV ou X) ne peut être tolérée : la mise au point d'un passeport pour les échantillons (voir Instrumentation et méthodes, chapitre 4) est un important outil de facilitation. En outre, il devient indispensable d'améliorer le diagnostic en caractérisant les maladies induites par des mutations au niveau moléculaire.
Des plantes pour un monde en mutation
- Alimentation :
Dans un contexte de population croissante, la consommation alimentaire mondiale doit être adaptée afin de limiter l'impact humain sur le réchauffement climatique. De nombreux rapports recommandent de réduire la consommation de protéines animales. De nouvelles sources de protéines sont nécessaires, et les protéines végétales apparaissent comme des alternatives prometteuses. Dans la pratique, les protéines végétales sont difficiles à digérer par les omnivores en raison de leurs faibles solubilité et accessibilité cellulaire, et de leur teneur en soufre, ce qui rend nécessaire leur traitement enzymatique préalable pour une meilleure métabolisation par les enzymes humaines. Le maintien de la qualité des sols exempts de polluants et la prévention de l'entrée de ces polluants dans la chaîne alimentaire sont abordés dans la partie « Environnement ».
- Sécheresse :
En réponse à l'évolution des quantités de précipitations due au changement climatique, il est urgent d'étudier la résilience des arbres et des plantes à la sécheresse et l'adaptation de l'agriculture à de nouvelles espèces végétales plus résistantes. Les arbres et les cultures, ainsi que leur adaptation à la sécheresse, doivent être étudiés à l'échelle tissulaire et moléculaire. L'imagerie structurale et chimique, à la résolution la plus élevée possible sur des échantillons vivants et fixés, permettrait de comprendre les bases moléculaires et cellulaires de leur résilience.
- Matériaux biosourcés :
Les défis qui se profilent dans notre monde en constante évolution sont nombreux et les solutions aux problèmes de demain viendront de divers domaines de la recherche et du développement. Le passage à une ère post-pétrolière pourrait devenir l'un des problèmes les plus difficiles à résoudre, notamment en termes de chimie des polymères, nécessaire à la production de tous les objets utilisés dans notre société de consommation. À cet égard, les synthons (unités structurales au sein d'une molécule) nécessaires à la fabrication de nos gadgets préférés peuvent également être trouvés dans les déchets (organiques/mous), soit en valorisant les déchets urbains et industriels, soit en valorisant les déchets végétaux issus de la production agricole durable. Les enzymes qui catalysent la production de ces synthons doivent encore être pleinement caractérisées et optimisées.
- Santé et maladies des plantes :
Les plantes sont sensibles aux effets du réchauffement climatique et aux techniques agricoles intensives. Cette pression environnementale a pour conséquence de rendre les plantes vulnérables à la propagation rapide d'agents pathogènes qui peuvent détruire les cultures et entraîner des pertes économiques importantes.
Laboratoires
Le laboratoire de biologie, classé P2, apporte son soutien aux utilisateurs pour la préparation de leurs expériences et aux chercheurs de SOLEIL dans le domaine de la santé et de la biologie.
Le laboratoire de microfluidique de SOLEIL (MF Lab) est dédié à la fabrication et à l'analyse de systèmes microfluidiques compatibles avec les applications sur les lignes de lumière. Il fournit des instruments de microfabrication ainsi que des outils d'analyse à l'échelle micrométrique, dans une salle blanche dédiée à ce type d'expériences.
Deux laboratoires sont disponibles au Synchrotron SOLEIL. Leur mission est d'assurer un soutien technique et scientifique aux utilisateurs pour la préparation des échantillons dans le cadre des expériences menées sur les lignes de lumière. Ils fournissent également aux scientifiques de SOLEIL les infrastructures et les équipements nécessaires aux projets de recherche spécifiques dans le domaine de la chimie.
Collaborations
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Vous trouverez ici des formations théoriques et pratiques sur les techniques proposées par les lignes de lumière de la section Sciences de la vie.
Cours impliquant des membres de la section Sciences de la vie
Cette école est conçue pour former des étudiants, des post-doctorants et des scientifiques chevronnés issus d'universités et de laboratoires européens et non européens dans le domaine des rayonnement neutronique et synchrotron pour l'étude de la matière condensée (biologie, chimie, physique, science des matériaux, géosciences, applications industrielles).
L'université Ludwig-Maximilian de Munich (Allemagne), l'université de Lund (Suède), l'université de Porto (Portugal), l'université de Szeged (Hongrie) et l'université Paris-Saclay ont uni leurs forces pour créer une université européenne pilote, animée par les valeurs européennes et engagée dans l'enseignement supérieur et la formation sur les défis liés à la santé et au bien-être.
Ecole de biologie structurale intégrative et cellulaire :
De nos jours, les problèmes en biologie structurale ne peuvent souvent pas être résolus à l'aide d'une seule technique, mais nécessitent une combinaison de méthodes, notamment la RMN, la cristallographie par rayons X, la microscopie électronique, la spectrométrie de masse structurale et le SAXS. Les données hétérogènes obtenues par ces méthodes doivent être combinées à des techniques avancées de modélisation moléculaire. L'objectif de ces de biologie structurale intégrative et cellulaire cours est de fournir aux jeunes scientifiques qui possèdent des connaissances plus spécialisées dans l'une de ces techniques un aperçu du large éventail de méthodes structurales modernes disponibles. Le cours comprend une formation pratique aux approches numériques d'intégration des données (telles que IMP, HADDOCK, ...). Le cours s'adresse principalement aux étudiants diplômés / postdoctorants, mais les candidatures de scientifiques de tous niveaux sont encouragées. L’école comprend des conférences qui présenteront les principes et les limites des différentes techniques, ainsi que des travaux pratiques sur l'analyse des données à l'aide des principaux programmes d’affinement / modélisation des structures.
SERP+ :
Le master SERP+ vise à former les étudiants aux outils expérimentaux et théoriques les plus performants utilisés et développés en chimie, afin qu'ils deviennent les meilleurs chercheurs et gestionnaires dans des domaines d'une grande importance.
L'école RéNaFoBiS d'Oléron propose une formation théorique et appliquée aux différentes approches utilisées en biologie structurale (diffraction et diffusion des rayons X, RMN, cryo-microscopie, ouverture vers d’autres techniques d’imagerie moléculaire et cellulaire, analyses et caractérisations des interactions macro-moléculaires). Cette école met l’accent sur l’intégration de plusieurs de ces méthodes pour répondre aux grandes questions de la biologie fonctionnelle à l’échelle cellulaire. Cette formation montre les apports et les limites de chaque méthode et leur complémentarité.
MOOC: Voyage au cœur du vivant avec les rayons X : la cristallographie
L’utilisation des structures tridimensionnelles de macromolécules biologiques fait partie du quotidien d’un grand nombre de biologistes. Ces structures permettent de comprendre leur fonctionnement, de dessiner des mutants pour étudier leur fonction, de dessiner des molécules pour les bloquer ou les activer.
L’approche majeure pour résoudre la structure tridimensionnelle de macromolécules biologiques est la cristallographie aux rayons X. Ce MOOC est une initiation complète à la cristallographie biologique : depuis l'histoire de la méthode jusqu'à ses outils concrets.Nous vous transmettons nos connaissances et notre expérience par le biais de vidéos théoriques et en situation.
Cela fait maintenant 10 ans que l’INRA et SOLEIL ont engagé une fructueuse collaboration, qui s’appuie sur la présence d’ingénieurs INRA mis à disposition à SOLEIL. Un ouvrage, paru en janvier 2017, rassemble une trentaine de résultats de recherche issus de cette collaboration.
Les introns de groupe II sont de grands ARN catalytiques et des éléments génétiques mobiles. Nés chez les bactéries, ils sont très probablement les ancêtres des introns nucléaires eucaryotes et de leur appareil d’épissage, le spliceosome. Dans les deux systèmes d’épissage, l’intron est excisé dans une conformation en ‘lasso’ due à une liaison spécifique 2’-5’. Des données collectées sur la ligne PROXIMA-1 ont permis à des chercheurs de l'Institut de Biologie Intégrative de la Cellule (I2BC) de déterminer deux structures cristallines d’un intron ‘lasso’ bactérien.
Dans toutes les formes de vie cellulaire, les enzymes ADN polymérases (ADNPs) jouent un rôle central dans la réplication, la maintenance et la réparation du génome. En conséquence, les ADNPs ont fait l'objet de recherches intensives depuis des décennies. Grâce à des données récoltées sur les lignes PROXIMA-1 et PROXIMA-2A, des équipes de l’Institut Pasteur et de l’IFREMER ont pu résoudre la structure d’une ADNP d’Archée.
L’apoptose intrinsèque (mort cellulaire programmée) est une réponse aux lésions irréparables de l'ADN : si l’ADN de certaines cellules a subi de telles lésions, ces cellules sont alors marquées pour indiquer qu’elles doivent être détruites. Les cellules cancéreuses sont des cellules dont l'ADN est endommagé mais dans lesquelles existent des mécanismes qui leur permettent d'éviter l'apoptose. Par conséquent, elles continuent à proliférer même si elles ne fonctionnent pas normalement.