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En vidéo : lorsque la fluorescence révèle les merveilles de la nature…

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De nombreuses techniques de microscopie ont recours à l'utilisation de la fluorescence. Les images obtenues sont souvent d'une grande beauté, comme le montrent ces trois vidéos primées lors du concours Nikon Small World 2012. Observez les déplacements de mitochondries à l'intérieur des neurones d'un poisson, une étape de la formation des œufs de mouche ou encore l'émergence d'une racine d'Arabidopsis thaliana en 3D.

Des techniques utilisant la fluorescence ont été utilisées pour suivre des mitochondries à l'intérieur de neurones sensoriels. Ces cellules transmettent des informations en direction du cerveau. Dans le cas présent, les observations ont été faites au niveau de la queue d'une larve de poisson-zèbre. © Dominik Paquet, université de Rockefeller et Centre allemand des maladies neurodégénératives

Certaines molécules peuvent absorber des particules (souvent des photons) provoquant l'apparition d'un état d'excitation. Leur retour à un niveau d'équilibre donne alors naissance à une émission lumineuse. C'est le principe de la fluorescence. Les molécules sensibles à la lumière, ou fluorochromes, sont caractérisées par des spectres d'excitations et d'émissions. Elles émettent donc des couleurs précises.

De nombreuses techniques d'études microscopiques ont recours à la fluorescence pour mettre en évidence des structures précises au sein des cellules (ADN, ARN, etc.). Les trois vidéos ci-dessous présentent des exemples du potentiel de ces méthodes. Elles ont toutes été soumises au concours Nikon Small World 2012. La première d'entre elles a reçu le deuxième prix. Les deux autres ont obtenu une mention honorable.


Le transport des mitochondries (en vert) à l’intérieur de cellules nerveuses (en bleu) a pu être filmé chez une larve transgénique de poisson-zèbre. © Dominik Paquet, université de Rockefeller et Centre allemand des maladies neurodégénératives

Les mitochondries correspondent aux centrales énergétiques des cellules eucaryotes. Elles peuvent se déplacer pour aller au plus près des zones requérant des molécules d'ATP (adénosine triphosphate), un composé transportant de l'énergie au sein de ses liaisons phosphate-phosphate.

Dominik Paquet, de université de Rockefeller, a réussi à filmer le déplacement des mitochondries à l'intérieur des neurones sensoriels d'un poisson-zèbre âgé de 2 jours, vivant et intact. Cet animal a préalablement subi des modifications génétiques. Les transgènes memYFP et mitoCFP ont été utilisés pour rendre les membranes cellulaires et les mitochondries fluorescentes, respectivement en bleu et en vert. Dans ce film, la larve mesure 1 millimètre de long.

Des chambres à œufs pivotantes

Durant sa ponte, la drosophile Drosophila melanogaster expulse un ovocyte accompagné d'un ensemble de cellules nourricières. Cet amas cellulaire, protégé par des cellules adaptées, forme une chambre à œuf ou ovariole. Celle-ci dégénère en 15 minutes après avoir quitté l'ovaire de la femelle.


Contre toute attente, les chambres à œufs de drosophile ne restent pas fixes lors de leur développement. Elles pivotent sans cesse autour d’un axe d’élongation (grossissement 400 fois). © Saori Haigo, université de Californie à Berkeley 

Le développement de ces structures est étudié depuis plus de cinquante ans. Personne n'avait remarqué, avant la publication de cette vidéo, qu'elles pivotent sans cesse le long de leur axe d'élongation durant leur croissance. Ces mouvements permettraient le dépôt de fibres de collagène autour des chambres. Ces fils joueraient le rôle d'un corset et dirigeraient l'élongation des chambres selon un axe bien défini. 

Saori Haigo de l'université de Californie à Berkeley, et auteur de la vidéo, se demande maintenant si un processus similaire pourrait expliquer la forme des œufs de poule.

Croissance d’une racine d’Arabidopsis thaliana

Arabidopsis thalianaest un modèle d'étude très prisé depuis de nombreuses années. Elle fait également l'objet de nombreuses recherches utilisant des techniques fluorescentes.


Le développement d’une racine latérale d’Arabidopsis thaliana vu en 3D grâce à la microscopie par fluorescence (grossissement 20 fois). © Daniel von Wangenheim, Goethe Universität Frankfurt am Main

Un millier de plants peuvent être cultivés sur un mètre carré, elle est donc de petite taille. Par ailleurs, son cycle de développement est court (2 mois). Les résultats expérimentaux peuvent être obtenus rapidement. Son génome de taille réduite (125.000 kb) en fait un modèle de choix pour les études génétiques.

Dans cette vidéo, le développement d'une racine latérale a été suivi durant plusieurs jours. Les chercheurs de la Goethe Universität Frankfurt am Main (GUF) sont parvenus à maintenir la plante verticalement durant sa croissance dans le microscope. À chaque instant, de nombreuses photographies ont été prises en modifiant chaque fois le plan de netteté. La superposition de toutes ces images permet alors de reconstruire la racine en 3 dimensions. Chaque tranche photographiée a été éclairée avec une lumière particulière permettant d'activer la fluorescence.