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Première mesure précise de la charge effective d'une molécule individuelle

Des scientifiques suisses ont réussi pour la première fois à mesurer de manière précise la charge électrique effective d'une molécule dans une solution. Cette innovation fondamentale ouvre la voie à de nouveaux dispositifs de diagnostic médical.

La charge électrique est l'une des principales propriétés permettant aux molécules d'interagir. La vie elle-même en dépend : de nombreux processus biologiques impliquent des interactions entre des molécules telles que des protéines dans lesquelles la charge joue un rôle essentiel. La charge d'une protéine dans un environnement aqueux - son milieu naturel dans un organisme vivant - est toutefois difficile à déterminer avec précision à l'aide d'approches traditionnelles.

Madhavi Krishnan, professeure boursière FNS à l'Université de Zurich, a développé une méthode pour mesurer précisément la charge d'une molécule individuelle dans une solution. Sa découverte a été décrite dans une série d'articles parus dans Nature Nanotechnology, Physical Review E et Journal of Chemical Physics. Elle pourrait ouvrir la voie à de nouveaux instruments de diagnostic, de nombreuses maladies étant, sur le plan chimique, liées à une modification de la charge électrique d'une protéine qui empêche ainsi son action normale.

La charge électrique d'une molécule peut être assez différente en phase gazeuse et dans une solution, en raison d'interactions complexes avec le liquide environnant. C'est pourquoi les mesures standard en phase gazeuse ne peuvent pas fournir directement des informations sur le comportement d'une molécule dans son environnement biologique.

Les molécules plongées dans une solution se trouvent constamment en mouvement et entrent en collision les unes avec les autres de manière aléatoire. Madhavi Krishnan et la doctorante Francesca Ruggeri ont tiré profit de ce phénomène bien connu appelé mouvement brownien afin de mesurer la charge effective d'une molécule directement dans une solution.

Dans un premier temps, elles ont piégé la molécule dans un "puits de potentiel", dans lequel l'énergie potentielle de la molécule est à son minimum. Dans une telle situation, des molécules d'eau qui rebondissent sont constamment susceptibles d'expulser la molécule du puits.

Comme le souligne Madhavi Krishnan, "Le temps pendant lequel la molécule reste piégée dans le puits indique précisément la profondeur du puits. Et comme cette dernière dépend directement de la charge effective de la molécule, nous pouvons finalement déterminer très précisément sa valeur."

Afin de créer un puits de potentiel, les scientifiques compriment une solution contenant des protéines entre deux plaques de verre, l'une d'elle étant recouverte d'orifices microscopiques. Les molécules piégées dans des puits de potentiel ont été marquées au moyen d'agents fluorescents, ce qui permet de les repérer grâce à un microscope optique.

Cette découverte a des implications importantes au niveau de la recherche fondamentale, mais elle pourrait aussi ouvrir la voie à de nouveaux instruments de diagnostic pour de nombreuses affections causées par des protéines déformées, à l'image de la maladie d'Alzheimer ou de cancers.

Article rédigé par Georges Simmonds pour RT Flash

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