Protéines nues
Les protéines sont indispensables à la vie, car elles participent à la plupart des fonctions exercées par les cellules de notre organisme. De plus, les maladies sont directement liées aux protéines, car elles sont causées par des protéines qui fonctionnent de manière ou au moment où elles ne sont pas nécessaires.
Le centre de recherche CICbioZona observe les protéines pour connaître la structure. En connaissant la forme, il peut être possible de développer des médicaments qui peuvent affecter le fonctionnement des protéines.
Les protéines participent à la plupart des fonctions des cellules du corps humain, elles sont donc vitales pour la vie.
La tâche principale des chercheurs du département de biologie structurale du CIC bioSITE est précisément d'étudier les protéines, de découvrir leur structure.
Mais pourquoi ?
Adriana Rojas, CIC bioZONA
« Si vous souffrez d’une maladie, cela a quelque chose à voir avec une protéine qui ne fonctionne pas bien ou qui fonctionne quand vous n’en avez pas besoin. Le fonctionnement de la protéine est lié à la forme tridimensionnelle de la protéine. Si nous comprenons à quoi ressemble la forme des protéines, nous pouvons concevoir des composés qui adhèrent à la protéine pour qu’elle fonctionne ou reste quand elle doit fonctionner. »
La connaissance de la structure des protéines peut ainsi devenir un outil pour le développement de nouvelles voies de guérison.
Bien sûr, pour pouvoir analyser les protéines, il faut d'abord les acquérir.
Dans le CIC bioSITE, ils utilisent des bactéries génétiquement modifiées pour acquérir la protéine à étudier. D'abord, le liquide de croissance dans lequel les bactéries vont se développer est préparé, puis les conditions de reproduction appropriées sont données: nourriture, température requise et oxygène.
Pour extraire les protéines des bactéries, plusieurs techniques peuvent être utilisées. Cet appareil, par exemple, rompt la membrane des cellules bactériennes en utilisant des ultrasons. De cette façon, les protéines sont libérées.
Pour l'analyse des protéines, il existe plusieurs techniques et une combinaison de plusieurs techniques est utilisée. L'un d'eux est la cristallographie - la diffraction de rayons X qui fournit des informations de haute définition sur la structure des protéines.
Pour pouvoir utiliser cette technique, la cristallisation des protéines est obligatoire.
Adriana Rojas, CIC bioZONA
« Au-dessous, je mets la solution et dans la goutte, la protéine et une autre solution. Je ferme le système et j’attends avec le temps que l’échantillon se concentre et que le cristal se forme, comme c’est le cas pour la congélation de l’eau. En changeant une variable, la température, l'eau devient de la glace. Ici, je déplace d'autres variables pour que la protéine s'organise en cristal. Je modifie le Ph, la température, la concentration en sel... et pour pouvoir faire tout cela, j’ai besoin de nombreux essais. »
Des robots de cristallisation sont utilisés à cet effet. Les robots utilisent des échantillons de nanolitres et réalisent des milliers de combinaisons de manière automatique jusqu'à ce que, dans un petit nombre d'entre eux, les protéines se transforment en cristaux.
Adriana Rojas, CIC bioZONA
« À travers le robot, je prélève des échantillons de cet ensemble principal. Le moulin vient, il absorbe la solution — et chaque solution est différente —, il la passe dans cet ensemble, où j'ai déjà 96 essais. Quand il laisse ça sur la plaque, le robot laisse la solution en dessous. J'ai déjà la moitié de l'essai, et maintenant je dois passer la protéine. Pour ce faire, j'utilise cet autre robot qui distribue la protéine. Ce robot peut distribuer jusqu'à 50 nanolitres de protéines, ce qui est très peu. Je peux donc faire 100 essais avec 15 microlitres de protéine, alors qu’auparavant je pouvais en faire 15. »
C'est une pépinière de cristaux où les cristaux peuvent pousser à une température de 21 degrés Celsius. Afin de permettre le suivi des protéines, chaque plaque a un code et chaque goutte est photographiée régulièrement.
Lorsque les cristaux sont grands, ils peuvent être prélevés directement et transportés aux rayons X, mais lorsqu'ils sont petits, l'essai doit être répété, mais en plus grande quantité.
Adriana Rojas, CIC bioZONA
« Je peux ajuster l’essai à de plus grandes gouttes. Pour quoi faire ? Pour manipuler les cristaux plus facilement, parce que je dois extraire les cristaux de la goutte, je dois les pêcher et les congeler dans de l’azote pour les ramener aux rayons X. »
Les cristaux sont introduits dans la machine à rayons X et soumis à une radiographie. Placées symétriquement, les protéines créent des plans moléculaires qui fonctionnent comme des miroirs, changeant ainsi la direction du faisceau de rayons X lorsqu'elles frappent sur le cristal. Avec les calculs mathématiques par ordinateur, la structure de la protéine est déterminée.
La salle d'IRM est l'une des installations les plus extravagantes du CIC bioSITE. L'installation a été construite après la construction du bâtiment.
Oscar Millet, C.I.C. bio-zone
« Maintenant, nous sommes sous terre parce que ces dispositifs sont sur les fondations. Chacune d’elles est équipée d’une colonne de béton complètement séparée des fondations de l’édifice pour éviter les vibrations. »
La température est également contrôlée et les fluctuations ne peuvent pas dépasser un demi-degré; l'humidité, le dioxyde de carbone, etc. sont également contrôlés.
Ces appareils de résonance utilisent fondamentalement la même technique que les appareils de diagnostic clinique, mais appliquée à de très petites choses.
Tammo Diercks, bio-site du CIC
« C’est la seule technologie qui nous permet d’étudier les protéines ou les molécules et leurs structures avec une résolution au niveau atomique et en solution à l’état liquide. Il s'agit d'un grand récipient rempli de matériaux cryogéniques: à l'extérieur, c'est de l'azote liquide à une température de -198 degrés Celsius. Ce n'est pas suffisant pour obtenir la supraconductivité de la bobine, le noyau de l'aimant. Donc, à l'intérieur du récipient contenant de l'azote liquide, il y en a un autre avec de l'hélium liquide. Cela refroidit jusqu'à -270 degrés, ce qui permet de placer la bobine à l'intérieur dans la supraconductivité. Nous pouvons ainsi obtenir un champ magnétique très stable, puissant et homogène.»
Oscar Millet, C.I.C. bio-zone
« Chaque atome est positionné en fonction de ce qui l’entoure dans le spectre, c’est-à-dire qu’il nous dit qui il est et où il se trouve. Par exemple, ici, nous avons l'image d'une protéine et de divers signes. Chacun de ces signes correspond à un atome de l'un des acides aminés. Les protéines sont composées d'acides aminés et les acides aminés d'atomes. En fonction de l'endroit où ils se situent, nous savons quel acide aminé est, quel acide aminé a à côté, et quels acides aminés peuvent être à proximité. Donc, il nous donne des informations sur la structure. Lorsque nous avons un modèle de structure, il est facile pour nous de savoir, par exemple, quelle interaction notre protéine a avec un médicament."
La microscopie électronique complète le trio de techniques d'observation des protéines dans le CIC bioZONE.
Mikel Valle, CIC bio-zone
« Dans notre équipe, nous utilisons le microscope pour calculer la structure tridimensionnelle des protéines et d’autres molécules biologiques. Dans la partie supérieure du microscope, nous avons un canon qui émet des électrons; les électrons traversent toute la colonne du microscope, y compris nos molécules à cette hauteur, et nous obtenons des images en deux dimensions. À partir de ces images bidimensionnelles, à l'aide de l'informatique et du traitement d'image, nous pouvons obtenir des modèles tridimensionnels comme celui-ci. Dans ce cas, il s'agit d'un modèle tridimensionnel d'un ribosome. Les ribosomes sont des usines qui synthétisent des protéines à l’intérieur de la cellule et nous voulons savoir comment les ribosomes, placés dans des conditions différentes, fonctionnent pour connaître leur fonctionnement. »
Dans la microscopie électronique, des combinaisons de structures sont effectuées et des observations peuvent être faites sur l'aspect dynamique des protéines. Ils sont donc très proches de ce qui se passe dans la réalité.
En connaissant la structure, vous pouvez découvrir comment la protéine fonctionne et concevoir des médicaments pour l'activer ou l'inhiber. Cela peut être une stratégie efficace pour développer de nouvelles voies de guérison.
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