Si vous voulez cartographier les plus petites parties d’une protéine, vous n’avez que quelques options : Vous pouvez contraindre des millions de molécules de protéines individuelles à s’aligner dans des cristaux et les analyser par cristallographie aux rayons X. Vous pouvez également congeler des copies de la protéine et les bombarder d’électrons, une méthode à plus faible résolution appelée cryo-microscopie électronique (cryo-EM). Aujourd’hui, pour la première fois, les scientifiques ont affiné la résolution de la cryo-EM jusqu’au niveau atomique, ce qui leur permet de repérer la position des atomes individuels dans une variété de protéines à une résolution qui rivalise avec celle de la cristallographie aux rayons X.

« C’est tout simplement incroyable », déclare Melanie Ohi, experte en cryo-EM à l’Université du Michigan, Ann Arbor. « Voir ce niveau de détail, c’est tout simplement magnifique ». Parce que la résolution accrue révèle exactement comment les machines cellulaires complexes effectuent leur travail, les améliorations apportées à la cryo-EM devraient apporter d’innombrables nouvelles connaissances en biologie.

Pour cartographier les structures des protéines, les scientifiques utilisent la cristallographie aux rayons X depuis la fin des années 1950. En bombardant de rayons X des protéines cristallisées et en analysant la façon dont les rayons X ricochent, les scientifiques peuvent déterminer la composition et la forme probables d’une protéine. Des décennies d’améliorations des faisceaux de rayons X, des détecteurs et de la puissance des ordinateurs ont rendu cette approche rapide et précise. Mais l’approche ne fonctionne pas bien lorsque les protéines sont exceptionnellement grandes, qu’elles fonctionnent dans des complexes tels que le ribosome, ou qu’elles ne peuvent pas être cristallisées, comme c’est le cas pour de nombreuses protéines qui se trouvent dans les membranes cellulaires.

En revanche, les chercheurs qui utilisent la cryo-EM tirent des électrons sur des copies de protéines congelées qui n’ont pas besoin d’être cristallisées ; des détecteurs enregistrent les déviations des électrons, et un logiciel sophistiqué assemble les images pour travailler sur la composition et la forme des protéines. Des chercheurs japonais avaient déjà montré qu’ils pouvaient réduire la résolution à 1,54 angström – sans atteindre le point où ils pouvaient distinguer les atomes individuels – dans une protéine intestinale appelée apoferritine, qui lie et stocke le fer. Aujourd’hui, grâce à l’amélioration de la technologie des faisceaux d’électrons, des détecteurs et des logiciels, deux groupes de chercheurs du Royaume-Uni et d’Allemagne ont réduit cette résolution à 1,25 angström ou mieux, ce qui est assez précis pour déterminer la position des atomes individuels, rapportent-ils aujourd’hui dans Nature.

La résolution améliorée pourrait accélérer le passage à la cryo-EM déjà en cours chez les biologistes structurels. Pour l’instant, la technique ne fonctionne qu’avec des protéines exceptionnellement rigides. Ensuite, les chercheurs s’efforceront d’obtenir une résolution aussi nette avec des complexes protéiques moins rigides et de grande taille, comme le spliceosome, un grand complexe de protéines et de molécules d’ARN qui découpe les « introns » de l’ARN destiné à être transformé en protéines.