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BIODYN : un laser femtoseconde pour étudier les photo-récepteurs biologiques

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L'équipe de recherche BIODYN à l'Institut de physique et chimie des matériaux de l'Université Louis Pasteur de Strasbourg, consolide ses moyens de recherche afin de mieux comprendre les aspects moléculaires du vivant à l'échelle microscopique et ultra-rapide.

BIODYN est une équipe de recherche spécialisée dans le domaine de la spectroscopie laser appliquée aux atomes et aux molécules. L'installation ces jours-ci d'une nouvelle source laser femtoseconde, dote ces chercheurs d'un instrument très polyvalent qui leur permettra d'élargir les travaux précédents faits dans les domaines allant du visible à l'ultraviolet. Il sera ainsi possible de travailler directement sur les vitamines, les protéines ou des complexes protéines-ARN. Prenant appui sur ses partenariats avec l'École Polytechnique Fédérale de Lausanne, l'Institut Weizmann à Israël et le "Forschungszentrum Jülich", l'équipe BIODYN souhaite développer des collaborations avec les chercheurs strasbourgeois travaillant sur le fonctionnement moléculaire du vivant.

La technique de spectroscopie laser femtoseconde (10-15 secondes) permet d'étudier la dynamique des molécules biologiques à une échelle microscopique et ultra-rapide. L'utilisation d'impulsions laser ultra-brèves de l'ordre de quelques dizaines de femtosecondes permet de "visualiser" le mouvement moléculaire. En effet, les périodes de vibrations des molécules organiques (étirement d'une chaîne lipidique par exemple) se situent à ces échelles de temps incroyablement courts.

L'équipe de recherche BIODYN, dirigée par le professeur Stefan Haacke, travaille autour de la dynamique de photorécepteurs biologiques. Les photorécepteurs biologiques sont utilisés dans la nature par différents organismes partout où la lumière est importante (vision, photo-synthèse, croissance de plantes, photo-mobilité bactérienne, ...). Il s'agit de protéines photosensibles comme la rhodopsine chez les vertébrés ou le phytochrome chez les plantes.

Cette recherche en cours de développement s'appuie sur les résultats publiés dernièrement dans les revues Science et PNAS et obtenus en collaboration avec le professeur Majed Chergui de l'École Polytechnique Fédérale de Lausanne. Leurs travaux ont mis en évidence, par spectroscopie femtoseconde, les champs électriques qui règnent pendant une période très courte dans les protéines photosensibles lorsqu'elles absorbent la lumière. Ces champs électriques sont la force motrice qui permet aux photorécepteurs biologiques, tels que la rhodopsine, de changer de configuration. Ce changement est le point de départ d'une cascade de réactions bio-chimiques conduisant à l'impulsion nerveuse qui, dans le processus de la vision, signale au cerveau la présence de lumière. La rhodopsine devient alors une sorte d'interrupteur biologique. Placées dans le contexte très actuel de l'électronique moléculaire, les études futures de l'équipe de recherche BIODYN suite à l'installation de la nouvelle source laser, peuvent ouvrir d'importantes perspectives pour la conception de nano-structures inspirées du modèle biologique et imitant les photo-interrupteurs naturels.

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