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PROXIMA-1

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PROXIMA-1

Etudes structurales des macromolécules biologiques par cristallographie

PROXIMA-1 participe à la biologie structurale intégrative installée à SOLEIL au sein de la section scientifique de biologie et santé, HelioBiology. Opérationnelle depuis Mars 2008, PROXIMA-1 est spécialisée dans les mesures de données bio-cristallographiques sur des macromolécules, au même titre que PROXIMA-2A. Elle offre un faisceau de lumière adapté et optimisé pour des études de diffractions aux rayons x de cristaux de molécules biologiques de grande taille, à hautes résolutions spectrales et pour des échantillons particulièrement sensibles aux dommages de radiations. La ligne est équipée d'un détecteur de rayons x à lecture rapide et de grande surface; en combinaison avec un robot permettant des échanges automatisés des échantillons, cette configuration permet d'étudier un très grand nombre de cristaux dans un temps réduit. Des stratégies avancées de collectes de données sont disponibles de façon systématique en prenant avantage d'un goniomètre à géométrie 3-cercles de dernière génération.

Offres d'emploi dans le cadre de la lutte contre SARS-CoV-2

La ligne PROXIMA-1 est à la recherche de personnels pour rentrer dans notre recherche ciblée autour des études de génomique structurale sur l'agent pathogène à l'origine du CoViD-19 (AcceS-Ge CoViD-19). Merci de contact Léonard Chavas pour plus d'information sur le sujet

Synchrotron SOLEIL, le 16 Avril 2020

L'équipe

CHAUSSAVOINE
CHAUSSAVOINE Igor
Doctorant
CHAVAS
CHAVAS Leonard
Responsable Ligne De Lumière
GARDAIS
LEGRAND
LEGRAND Pierre
Scientifique de Ligne De Lumière
LENER
LENER Robin
LUBLIN
LUBLIN Victoria
MONTAVILLE
MONTAVILLE Pierre
Assistant Ingénieur de Ligne De Lumière
RAMAKRISHNA
RAMAKRISHNA Vasireddi
ZAHID
ZAHID Sayma
CHAUSSAVOINE Igor
Étudiant thésard
Sirigu Serena
Scientifique de ligne
Gourhant Patrick
Assistant ingénieur
CESARO Giovana
Scientifique visiteur
CAPITANIO Laurie
Étudiant master
MATSUGAKI Naohiro
Scientifique associé
DA SILVA Auriane
Job d’été
COTE Pierre-Luc
Scientifique visiteur
FROSIO Thomas
Étudiant master
LE DU Marie-Hélène
Scientifique associé
OUNSY Yanis
Job d’été
HUET Tiphaine
Post-doctorant
GÉRARD Charline
Étudiant thésard
FOOS Nicolas
Post-Doctorant
RICHET Nicolas
Post-Doctorant
GADÉA Laurent
Informaticien
BACCI Marine
Étudiant thésard
TORPEY James
Étudiant thésard
GUIMARAES Beatriz
Scientifique de Ligne
THOMPSON Andrew
Responsable de Ligne
BARBOSA Rosiclar
Post-doctorant
FREDERICK Joni
Étudiant thésard
VIEL Marion
Job d’été
GIUSEPPE Priscila
Post-doctorant
GUENEAU Emeric
Étudiant thésard
FOURME Roger
Scientifique associé
GIRARD Eric
Scientifique de ligne

Données techniques

Domaine en énergie

entre 6,5 et 15 keV

Résolution en énergie

2E-4 (Si 111)

Source optique

onduleur sous vide de type U20

Systèmes optiques
  • transfocateur à lentilles de Beryllium
  • monochromateur de type en channel cut
  • miroirs bimorphes Kirkpatrick-Baez (K-B)
Environnement échantillon
  • goniomètre 3-cercles à géométrie Chi (SdC de 1 µm sur Chi)
  • échangeur d'échantillons robotisé de type Staubli
  • cryo-stat de type Oxford Cryosystems
  • détecteur de fluorescence à forte sensibilité (Ketek)
Taille du faisceau

principalement 40 x 20 µm2

Flux sur l'échantillon

environ 2.0 E+12 phot/s/0.02%bw pour un courant dans l'anneau de 500 mA

Détecteur

EIGER-X 16M (Dectris Ltd.)

Polarisation

linéaire

Thématiques scientifiques

CRISTALLOGRAPHIE MACROMOLÉCULAIRE À HAUTE RÉSOLUTION

Mesures de diffraction haute résolution (<0.8 Å).

CRISTALLOGRAPHIE MACROMOLÉCULAIRE SUR DES GRANDES MAILLES

Mesures de diffraction à partir de cristaux ayant des mailles cristallines de grandes dimensions (grands complexes, virus).

PHASAGE EXPÉRIMENTAL PAR  M/SAD

  • Accès aux atomes lourds d’intérêts pour du phasage expérimental par MAD ou SAD (Se, Fe, Hg, Pt, Br, etc.).
  • Accès aux basses énergies pour du phasage en S-SAD.

Recherche appliquée

  • Mesures à hauts débits
  • Collectes de données automatisées
  • Phasage expérimental
  • Études à hautes résolutions
  • Développements microfluidiques

En recherche interne à SOLEIL, la ligne de lumière PROXIMA-1 est rattachée à la section scientifique :

Section scientifique SOLEIL Biologie, santé, Héliobio

Citer la ligne

PROXIMA-1

Pour toute utilisation de la ligne, merci de citer la publication suivante :

Coati, A., Chavas, L.M.G., Fontaine, P. et al. Status of the crystallography beamlines at synchrotron SOLEIL . Eur. Phys. J. Plus 132, 174 (2017). https://doi.org/10.1140/epjp/i2017-11403-3

MXCuBE

Pour référence à l'utilisation de MXCuBE, merci de citer la publication suivante :

Oscarsson, M., Beteva, A., Flot, D. et al. MXCuBE2: the dawn of MXCuBE Collaboration . J. Synchrotron Rad. 26, 393-405 (2019). https://doi.org/10.1107/S1600577519001267

Onduleur

La source de la ligne de lumière est un onduleur U20, contenant 100 périodes de 20 mm.
Cet onduleur a été choisi pour obtenir les énergies les plus élevées possibles, sans perte de brillance.

Transfocateur

Un transfocateur peut être défini comme un équipement optique consistant à positionner des lentilles sur le passage d’un faisceau pour en modifier les propriétés géométriques. Dans notre cas, pour palier à l’aberration chromatique du Béryllium, cet équipement doit disposer de motorisations permettant d’insérer ou d’extraire les lentilles et d’une enceinte étanche permettant sa mise sous vide. Les lentilles sont positionnées dans des stacks en cuivre qui diffèrent par le nombre de lentilles qu’ils possèdent. Ainsi le premier stack (au plus proche de la source) possède 4 lentilles et correspond à la configuration de focalisation pour 6 keV. Le stack numéro 2 possède 5 lentilles et permet de couvrir une énergie de 7 keV. Le stack numéro 3 dispose de 6 lentilles pour une énergie de 8 keV. Enfin, le stack numéro 4 contient 7 lentilles pour une énergie de 9 keV. Ensuite, il suffit de faire différentes combinaisons de stacks pour couvrir les plus hautes énergies jusqu’à insérer tous les stacks pour 15 keV.

Monochromateur

Un monochromateur est un dispositif utilisé en optique pour sélectionner une gamme de longueurs d'onde la plus étroite possible à partir d'un faisceau lumineux de gamme de longueurs d'onde plus large.
La ligne de lumière PX1 est munie d’un monochromateur de type channel cut, lui-même constitué d’un cristal de silicium Si(111) pour une sélection en gamme d’énergie allant de 6 keV à 15 keV, avec un temps de changement d’énergie très rapide.

Miroirs bimorphes K/B

Une paire de miroirs Kirkpatrick-Baez, ou miroirs K/B, concentre les faisceaux de rayons x en les réfléchissant en incidence rasante sur une surface courbe, généralement recouverte d'une couche de métal lourd.
Les miroirs K/B peuvent focaliser les faisceaux sur de petites tailles avec une perte d’intensité minimale. Ils sont généralement utilisés par paires - une pour faire la mise au point horizontalement et une pour la mise au point verticale. Lorsque les focales horizontale et verticale coïncident, le faisceau de rayons x est focalisé sur un point, généralement l’échantillon à analyser.

Goniomètre

Le goniomètre a été créé par l’entreprise SmarAct. C’est l’appareil qui permet le centrage de l’échantillon sur le faisceau de rayons x. Sur PROXIMA-1, le goniomètre est composé de 3 axes principaux. 
L’axe Omega est l’axe de rotation principal. Pour permettre des collectes de données, il est capable d’effectuer des rotations sur 360°. La sphère de confusion (SdC) de Omega est typiquement en dessous du micron.
Le second axe de rotation est l’axe Chi, qui a une flexibilité rotatoire limitée, de 0º à 50º. La SdC pour le Chi a été mesurée à 2 microns ou moins.
L’axe Phi est le troisième axe rotatoire, situé à l’extrémité de l’axe Chi. Tout comme Omega, cet axe Phi est également capable de rotations sur 360º. La SdC pour le Phi est également de l’ordre de 2-3 microns.

Passeur d’échantillons

Robot passeur d'échantillons de type Staubli, avec une option de criblage de puces microfluidiques.
Le robot récupère des échantillons disposés dans des cassettes de stockage d’échantillons de design UniPUCK, contenant 16 cristaux par palet. Le Dewar de stockage de cassettes peut contenir 3 UniPUCKs, soit un total de 48 échantillons.

Détecteur

La ligne PROXIMA-1 est équipée d’un détecteur Eiger-X 16M (Dectris Ltd.), optimisé pour des collectes de données à une fréquence de 100 Hz.
Typiquement dans une collecte de données, le détecteur va fournir un fichier master contenant des paramètres expérimentaux (nom_des_images_master.h5) et des fichiers pour les données expérimentales contenant les clichés de diffraction (nom_des_images_data_#####.h5).

A savoir avant la manip

Equipements disponibles sur la ligne

  • Détecteur Ketek SDD pour mesurer les seuils d'absorption ;
  • Oxford Cryosystemes Cryostream Série 700 pour le refroidissement des échantillons à 100 K ;
  • Dewars pour la manipulation et transfert d'échantillons ;
  • Outils cryogéniques pour la manipulation des cristaux ;
  • Detecteur EigerX 16M avec une cadence standard de 100 Hz ;
  • Robot passeur d'échantillons CATS, avec option de criblage de puces microfluidiques.

/!\ Longueur des boucles

Les boucles utilisables sur la ligne sont du standard SPINE. Pour plus d'information vous pouvez visiter le site https://instrumentation.embl.fr/spinesampleholder/pdf/DM_16100_-_Sample_holder.pdf .

La combinaison du robot passeur d’échantillons et du goniomètre étant très sensible, il n’y a pas trop de flexibilité pour le type d’échantillon manipulable sur la ligne. Nous pouvons accepter des boucles de longueur comprise entre +- 2 mm vis-à-vis du standard spécifié SPINE.

Sauvegarde de données

La sauvegarde des données sur les lignes de Synchrotron SOLEIL se font classiquement ‘the old way’, physiquement sur des disques durs fournis par l’utilisateur. Le transfert par sftp ou autre système comparable n'est pas supporté sur la ligne, ni pour importation, ni pour exportation des données.

La sauvegarde est faite par l’intermédiaire des disques USB externes qui pourront être montés sur les stations LINUX de la ligne. La ligne dispose également de disques de prêts qui pourront être empruntés par les utilisateurs en demande, pour de courtes périodes de dépannage. Un logiciel de sauvegarde automatique est disponible sur la ligne.

Pour les utilisateurs du passeur d’échantillons

De manière à se familiariser avec les techniques utilisées sur la ligne, une série de vidéos est disponible, mettant en évidence :

  • Comment préparer l’azote liquide : vidéo
  • Comment transférer ses échantillons stockés en viales vers des Unipucks : vidéo
  • Comment mettre en places les Unipucks dans le Dewar du robot : vidéo
  • Comment récupérer des échantillons des Unipucks vers des viales : vidéo

Contacts locaux et heures de démarrage des expériences

Classiquement à SOLEIL, les expériences sont allouées pour 3 shifts de 8 heures, démarrant à 08:00 le matin et finissant à 08:00 le lendemain. De manière à permettre une meilleure flexibilité d’utilisation des lignes de lumière de cristallographie, les équipes MX ont opté pour une planification plus flexible. 

Les responsables de projets sont généralement contactés quelques 5 semaines avant le début du Run. Ils ont alors la possibilité de choisir sur un calendrier partagé du temps d’accès à la ligne avec au choix 1 shift (08:00 - 16:00), 2 shifts (16:00 - 08:00), ou bien le plus classique 3 shifts. La décision de l’organisation des shifts est alors faite entre le responsable de projet, le responsable de la ligne, et le contact local assigné pour les expériences planifiées.

De manière à simplifier les expériences, et pour permettre une stabilité accrue de la ligne, les utilisateurs sont demandés d’accepter de devoir disposer de la ligne au maximum 30 minutes après le début officiel des expériences (par exemple: 08:30 au lieu de 08:00). Pendant ces 30 minutes, le contact local prendra le temps d’aligner le faisceau, de préparer pour le début des expériences, et d’expliquer aux utilisateurs l’organisation de la journée ainsi que les opérations et utilisations classiques sur la ligne.

Le contact local ne sera disponible que jusqu’à 17:30 pour toute introduction particulière au fonctionnement de la ligne. Après ces horaires, il est de la responsabilité des utilisateurs de partager les informations entre eux pour ne pas perdre de temps précieux sur leurs expériences. Entre 17:30 et 23:00, le contact local sera disponible au téléphone pour tout conseil ou dépannage à distance. En cas de problèmes entre 23:00 et 08:00, la procédure à suivre est de lire la documentation disponible sur la ligne et/ou contacter les coordinateurs de hall (téléphone 97 97, 24h/24h). Si le problème ne peut pas être résolu, les expériences devront être arrêtées. Le contact local ne doit être appelé pendant la nuit seulement dans le cas d’un risque sérieux d’endommagement d’un équipement de la ligne.

>> Espace Utilisateur de SOLEIL<<

Manipulation des Dewars

Les Dewars doivent être envoyés par les soins de l’utilisateur à l’adresse suivante :

[L. Chavas]
Synchrotron SOLEIL
L'Orme des Merisiers, BP 48
91192 Gif sur Yvette.

Il est fortement recommandé de contacter le contact local assigné de l’envoi des Dewars. Les Dewars seront remplis à leur arrivée sur site. Le retour des Dewars doit être pré-payé par l’utilisateur.

 

Dépannage

Une liste de FAQ est disponible sur la ligne, avec les méthodes de contournement des problèmes les plus souvent rencontrés. Si toutefois vous avez rencontré des problèmes non reportés ou introduits par le contact local, merci de le signaler au responsable de la ligne pour qu’une investigation soit démarrée et une solution trouvée.

Manuel utilisateur

Contrôle de la ligne par MXCuBE

Le logiciel MXCuBE permet aux utilisateurs d'interagir avec les composants matériels de la ligne de lumière et fournit des méthodes automatisées pour effectuer des expériences MX sur la ligne. Le manuel du programme peut être téléchargé sur le PDF icon lien suivant.

Analyse des données

Les scripts xdsme, écrits et maintenus par Pierre Legrand, intégreront les données de manière semi-automatique. Vous pouvez trouver des téléchargements et des instructions d’utilisation sur ce lien.

Manuels téléchargeables

Les fichiers suivants sont téléchargeables, pour une lecture off-line afin de mieux appréhender les expériences sur la ligne.

  • PDF icon Manuel d'accès à distance : pour mieux comprendre les procédures de connection à distance sur la ligne PROXIMA-1. Le manuel est à suivre à la lettre pour permettre une connection fluide et sans peine.
  • PDF icon Manuel utilisateur : notes rapides des fonctions les plus utilisées de MXCuBE, ainsi que quelques astuces à mettre en oeuvre pour palier aux problèmes les plus fréquents sur la ligne.

 

Liens utiles

Voici une liste non-exhaustive de liens utiles pour les applications de cristallographie des macromolécules biologiques. Les citations en italic sont directement extraites des articles références de chaque lien.

  • the Cambridge Crystallographic Data Centre (CCDC). "The CCDC provides a web service for researchers to access any individual structures [of small molecules], enabling them to view and download the enhanced data sets deposited with the CCDC."
  • CheckMyMetal. "is an easy-to-use metal-binding site validation server for macromolecules that is freely available".

Projets de la ligne

AcceS-Ge CoViD-19 - Génomique structurale accélérée sur les protéines codées par le pathogène responsable du CoViD-19 en utilisant notre pipeline de cristallographie in vivo.

Collaborations internes

HelioBio

Cette section scientifique a été créée en 2006 avec l'ensemble des scientifiques impliqués dans les sciences biologiques à SOLEIL. Fortement interdisciplinaire, à la jonction entre les axes scientifiques et  les techniques expérimentales, le groupe HelioBio se concentre sur le développement de méthodes innovantes pour  favoriser les recherches les plus en pointe des utilisateurs de SOLEIL. C'est d'une importance cruciale dans le domaine très concurrentiel et en fort développement des sciences du vivant : en permettant l'étude de la plus large palette d'échantillons, ces améliorations méthodologiques peuvent faire la différence entre le succès et l'échec, la capacité à publier le premier ou... le second. Plusieurs publications très importantes ont bénéficié de cette dynamique et de cette symbiose entre les scientifiques et les utilisateurs des lignes de lumière SOLEIL.

Collaborations externes

à remplir…