Les recherches de Koen Martens visent à comprendre la vitesse et l’efficacité des mécanismes de réparation de l’ADN dans le corps humain. Son développement du logiciel TARDIS a considérablement amélioré la capacité d’étudier ces processus en réponse aux dommages causés par les UV. Crédit : Issues.fr.com
Des chercheurs de l’Université de Bonn conçoivent une méthode pour accélérer les observations de processus microbiologiques à haut débit.
Être capable d’observer les micro-organismes et leurs composants cellulaires est essentiel pour comprendre les processus fondamentaux qui se déroulent à l’intérieur des cellules et ainsi potentiellement développer de nouveaux traitements médicaux. Des microbiologistes et des biophysiciens de l’université de Bonn et de l’université et de la recherche de Wageningen ont développé une méthode qui rend le processus à haut débit d’observation des molécules cinq fois plus rapide, permettant ainsi d’acquérir des connaissances sur des fonctions cellulaires jusqu’alors inconnues.
Dommages et réparation de l’ADN
Si notre peau reste trop longtemps exposée aux rayons UV, par exemple ceux du soleil, cela peut provoquer des mutations dans notre ADN, ce qui peut potentiellement conduire au cancer. Cependant, le corps humain dispose d’un mécanisme de défense qu’il peut déployer.
« Les dommages causés à notre ADN activent des molécules qui le réparent rapidement, idéalement avant que la cellule ne se divise et que les dommages ne se propagent », explique Koen Martens de l’Institut de microbiologie et de biotechnologie de l’Université de Bonn. Pourtant, personne ne sait exactement à quelle vitesse fonctionne cette fonction de réparation cellulaire, ce que Martens souhaite maintenant découvrir.
Défis liés au suivi de la réparation de l’ADN
C’est cependant plus facile à dire qu’à faire, car les méthodes utilisées jusqu’à présent ne sont pas assez puissantes pour suivre avec précision les molécules individuelles. « Le suivi d’une particule unique consiste à marquer la molécule avec une lumière fluorescente, ce qui en fait une sorte d’ampoule », explique Koen Martens. « Nous prenons ensuite des centaines de photos par seconde à l’aide d’un microscope haute résolution. Notre « ampoule » éclaire la molécule dans l’obscurité de la cellule, nous permettant ainsi de l’observer et de suivre son mouvement au fil du temps. Cela nous permet de mesurer sa diffusion et la manière dont elle interagit avec d’autres composants cellulaires.
Le Dr Koen Martens de l’Institut de microbiologie et de biotechnologie de l’Université de Bonn travaille sur le microscope à fluorescence super-résolution sur mesure qu’il utilise pour ses investigations. Crédit : Volker Lannert/Université de Bonn
En examinant les écarts entre les molécules et les distances parcourues par une seule molécule d’une photographie à l’autre, les chercheurs peuvent déterminer si les particules se déplacent librement à l’intérieur de la cellule ou interagissent avec d’autres molécules. En ce qui concerne la réparation de l’ADN, cela indique quand les enzymes effectuent leur travail de réparation, c’est-à-dire lorsqu’elles interagissent avec l’ADN, et quand elles sont « inactives », c’est-à-dire qu’elles diffusent librement à l’intérieur de la cellule.
Cependant, la méthode présente un inconvénient : « Il est difficile de suivre plusieurs molécules en même temps », explique Martens. « Lorsque leurs chemins se croisent ou qu’ils sont trop proches l’un de l’autre, deux ampoules fusionnent, en fait. Il est alors impossible d’identifier leurs mouvements.
Jusqu’à présent, les microbiologistes devaient donc étudier les molécules les unes après les autres au cours d’un processus trop long pour observer les molécules réparatrices de l’ADN « à l’œuvre ». En fait, le suivi d’une seule particule prend actuellement plus de temps que le processus de réparation lui-même.
Avancées dans la recherche moléculaire
Pour résoudre le problème, Koen Martens a créé un logiciel permettant d’accélérer le processus à haut débit. TARDIS (abréviation de « analyse temporelle des distances relatives ») effectue une analyse globale des distances entre les emplacements, c’est-à-dire les positions de la molécule dans les photographies individuelles, avec des décalages de temps croissants. Au lieu de se concentrer sur des points individuels comme auparavant, il examine l’ensemble de la séquence de mouvements au sein de la cellule et scrute ainsi simultanément toutes les molécules. «TARDIS rend le processus de mesure au moins cinq fois plus rapide sans aucune perte d’informations», se réjouit Martens.
Cela signifie qu’il peut désormais consacrer son attention à la partie restante de son projet de recherche, en utilisant TARDIS pour étudier plus en détail les processus impliqués dans la réparation de l’ADN. « Je m’intéresse particulièrement à déterminer dans quelle mesure certains types de dommages sont faciles ou difficiles à réparer et dans quelle mesure l’ADN est endommagé par une dose spécifique de rayonnement UV ou de produits chimiques. »
Wageningen University & Research a participé à cette étude aux côtés de l’Université de Bonn. Le travail a été financé par la Fondation Alexander von Humboldt, l’Université Carnegie Mellon, le programme Argelander pour les chercheurs en début de carrière de l’Université de Bonn, la bourse de doctorat de la VLAG Graduate School de l’Université de Wageningen et la National Science Foundation.
