Les synapses, ainsi que leurs détails en matière de biologie moléculaire, sont trop petites pour être observées avec un microscope optique. Des chercheurs de l’Université de Fribourg utilisent cependant une méthode, qui permet de «voir» chaque particule indépendamment, lors des connexions entre les cellules nerveuses. Ce procédé ouvre de nouvelles perspectives pour l’étude des processus d’apprentissage et de mémorisation.

Une différence très nette entre les images de A.1 à D.1 réalisées à l’aide d’un microscope optique traditionnel et celles de A.2 à D.2 exécutées avec le microscope à haute résolution. La Super Résolution Microscopy montre les plus petits détails des synapses du cerveau d’une mouche drosophile et permet de mener des études à l'échelle moléculaire. 

Qui n’a jamais rêvé de pouvoir, rien qu’une fois, jeter un coup d’œil à l’intérieur d’une cellule humaine, ce mécanisme incroyablement complexe qui permet au corps de fonctionner, zoomer jusque dans les molécules pour observer comment travaillent les protéines et les autres composants cellulaires. Mais, même avec les meilleurs agrandissements, il n’est pas possible d’appréhender en un seul regard ces acteurs biochimiques; et cela pour des raisons essentiellement physiques – les molécules étant tout simplement trop petites. Tout ce qui peut être observé avec un microscope doit nécessairement être plus grand que la longueur d’onde de la lumière: cette doctrine semble être gravée dans la pierre, tout comme celle qui établit la vitesse de la lumière en tant que limite de vitesse cosmique.

Une idée lumineuse
Des chercheurs de l’Université de Fribourg sont cependant parvenus à rendre visibles des détails des protéines les plus fines présentes dans les synapses de drosophiles. Ces physiciens seraient-ils des magiciens? Loin de là: ils utilisent simplement une technologie, d’ailleurs récompensée il y a deux ans par un prix Nobel, qu’ils ont adaptée, afin de pouvoir observer une zone moléculaire essentielle du cerveau. Comme on le sait depuis quelques années déjà, la Super resolution microscopy permet de dépasser la limite magique de résolution, car elle illumine en alternance des molécules indépendantes qui, dans la réalité, seraient beaucoup trop proches les unes des autres. «A l’aide d’outils génétiques, nous avons veillé à ce que des protéines synaptiques lumineuses ne se fixent que sur un très petit nombre de neurones», explique Isabelle Spühler, principale auteure de l’étude. Il est alors possible de voir des détails au lieu d’une tache floue.

Isabelle Spühler – qui mène des recherches aussi bien dans le groupe du Professeur Frank Scheffold (Département de physique) que dans celui du Professeur Simon Sprecher (Département de biologie) – et ses collègues ont déjà appliqué leur idée avec succès directement dans le tissu cérébral de drosophiles. Grâce à cette méthode, les trois chercheurs ont pu atteindre une résolution presque aussi bonne que celle obtenue lors d’examens de composants cellulaires effectués avec un microscope électronique. «D’une certaine manière, notre méthode jette un pont entre la microscopie électronique et optique», explique Isabelle Spühler. Une image complète nécessite l’assemblage d’environ 60'000 clichés individuels, qui sont ensuite analysés par ordinateur. Grâce à cette astuce lumineuse, il est maintenant possible d’observer, au plus proche de la réalité, les plus petits détails cellulaires moléculaires du cerveau; pour déterminer le taux de concentration d’importantes protéines dans les synapses, par exemple. Cette découverte ouvre des perspectives intéressantes pour des problématiques biologico-médicales également, comme l’étude des changements à l’intérieur des synapses durant l’apprentissage ou lors du «stockage» de souvenirs.