Apporter de la couleur aux images au microscope électronique est un problème délicat. On pourrait dire de façon plausible que la couleur n'existe pas à cette échelle, parce que les choses imagées par un microscope électronique sont plus petites que la longueur d'onde de la lumière visible. Mais cela n’a pas empêché les scientifiques d’essayer, ou du moins de développer des techniques pour l’approcher.
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Le dernier en date, décrit dans un article de Cell par des scientifiques de l'Université de Californie à San Diego, associe une couleur artificielle aux structures biologiques, ce qui pourrait nous aider à mieux comprendre les structures et les fonctions des cellules. Ils sont les premiers à utiliser cette méthode sur des matières organiques, en associant jusqu'à trois couleurs et en faisant apparaître, par exemple, une région de Golgi en vert et une membrane plasmique en rouge.
«Cela ajoute de nombreuses informations supplémentaires à la microscopie électronique conventionnelle», déclare Stephen Adams, auteur principal de l'article. "Nous espérons que ce sera une technique générale que les gens utiliseront pour cette cartographie à très haute résolution de toute molécule qu'ils souhaitent réellement."
Lorsque de telles technologies accroissent la résolution des images, les scientifiques peuvent ainsi jeter un coup d’œil à l’intérieur des cellules et les identifier plus en détail. Avec un microscope classique à base de lumière, il est impossible d'imager quelque chose de plus petit que la longueur d'onde de la lumière utilisée par le microscope, environ 250 nanomètres, explique Brian Mitchell, professeur agrégé de biologie cellulaire et moléculaire à la Northwestern University. «C’est un domaine assez vaste. Si vous essayez de dire que cette protéine très importante que vous avez trouvée se trouve à l’intérieur d’une membrane ou à l’extérieur d’une membrane, il est vraiment difficile de dire que vous ne pouvez pas descendre en dessous de cette résolution de 250 nm », dit-il.
Dans le même temps, les images en noir et blanc générées par un microscope électronique posent un problème similaire: bien que la résolution fournie par le champ d'application soit excellente, il peut être difficile de faire la distinction entre différentes structures cellulaires à l'échelle de gris.
La technique utilisée par Adams et compagnie est une sorte de combinaison de microscopie optique, qui réfléchit la lumière d'objets, et de microscopie électronique, qui renvoie les électrons d'objets. Tout d'abord, ils utilisent une image générée par un microscope optique pour identifier les structures qu'ils souhaitent mettre en évidence. Ils introduisent une petite quantité de métal de terre rare et en superposent la structure. Ensuite, ils le soumettent à un microscope électronique.
Lorsque le microscope tire des électrons sur le tissu, certains passent à travers et d'autres frappent des matériaux plus épais ou plus lourds et rebondissent, un peu comme une radiographie. Quelques-uns frappent le métal des terres rares et y déplacent un électron, le faisant voler; De plus, un peu d'énergie, distincte du métal utilisé, correspond à ce que mesure leur microscope. Cette technique s'appelle la spectroscopie de perte d'énergie électronique.
Adams a imagé des structures cellulaires telles que le complexe de Golgi, des protéines situées sur la membrane plasmique et même des protéines situées au niveau des synapses du cerveau. «Pour de nombreuses expériences biologiques, il est utile d'avoir un très fort grossissement pour vraiment voir où se trouvent ces protéines, ou où se trouve cette molécule dans la cellule et ce qu'elle fait», dit-il. «Cela vous donne souvent une idée de la fonction."
Ce n'est pas seulement académique, fait remarquer Mitchell. Savoir ce qui se passe à l'intérieur d'une cellule peut être utile pour le diagnostic et le traitement de la maladie.
«Si vous avez une protéine qui, par exemple, se localise dans une sous-structure cellulaire… et peut-être qu'en cas de maladie, la protéine ne va pas où elle est censée aller», dit Mitchell. «En regardant la localisation de la protéine, vous dites:" Hé, cette protéine ne va pas où elle est censée aller, c'est probablement ce qui sous-tend le mécanisme qui explique pourquoi la cellule ne fonctionne pas comme elle est supposée, et pourrait expliquer pourquoi cette maladie fait ce qu'il fait.
L'article de Cell n'est pas la seule tentative de fournir une imagerie couleur à partir de microscopes électroniques. Une autre est la microscopie électronique à lumière corrélative, qui marque les structures de cellules dans une image de microscope optique avec des molécules fluorescentes, puis utilise un microscope électronique pour les imager et superpose les deux images. Un autre est le marquage immunogold, qui lie les particules d’or aux anticorps et ceux-ci apparaissent alors sur une image au microscope électronique en raison de la densité de l’or. Mais chacun a son propre problème: le premier nécessite deux images différentes, de microscopes différents, réduisant la précision; et ce dernier peut donner une coloration peu claire.
Ce journal était le dernier à porter le nom de Roger Tsien, un chimiste lauréat du prix Nobel décédé en août. Tsien était surtout connu pour avoir utilisé une protéine fluorescente issue de la méduse pour éclairer les structures cellulaires.
«[Ce document] a été l'aboutissement de près de 15 ans de travail, alors je pense que c'est un autre héritage qu'il a laissé», déclare Adams. «C’est l’espoir que cela débouchera sur de nouvelles idées et de nouveaux moyens d’améliorer le microscope électronique et son utilité.»
