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L'énigme de la viscosité dans les cellules est mieux comprise

ActualitéClassé sous :physique , biologie , Institute of Physical Chemistry of the Polish Academy of Sciences

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Le milieu cellulaire est tellement visqueux que les mouvements qui s'y produisent devraient être très lents, en contradiction avec les observations. Une équipe de chercheurs polonais a découvert selon quelle loi la viscosité expérimentée par des nano-objets différait de celle subie par des objets plus gros dans un même liquide, éclairant une énigme vieille de plus de 50 ans.

Un des chercheurs effectuant des observations avec la technique de la spectroscopie de corrélation de fluorescence. Crédit : IPC PAS Grzegorz Krzyzewski

On a longtemps cru que la viscosité d'un fluide n'était pas changée quelle que soit l'échelle à laquelle on se place. Pourtant, si cela était vrai, les protéines à l'intérieur des cellules devraient s'y déplacer des centaines de milliers de fois moins vite que ce que l'on observe. On sait de plus que le liquide cellulaire est des milliards de fois plus visqueux que l'eau.

Au cours des années 1950, des biophysiciens ont effectué des mesures concernant la sédimentation de petites particules en suspension dans un liquide avec des ultra-centrifugeuses. Ils ont découvert que ces dernières expérimentaient parfois des viscosités des milliers et même des centaines de milliers de fois plus faibles que des objets macroscopiques plongés dans le même liquide. Les raisons d'un tel changement de comportement n'ont pas été découvertes pendant longtemps.

Pourtant, on connait depuis plus de 150 ans les équations de la mécanique des fluides décrivant un liquide visqueux. Il s'agit des équations de Navier-Stokes formulées une première fois de façon un peu heuristique par Claude Louis Marie Henri Navier. On sait aussi que dans un gaz, la viscosité dépend de la température de ce dernier et l'on peut modéliser cette dernière à l'aide de la théorie cinétique des gaz. La situation est évidemment bien plus complexe dans les liquides et les solides mais on ne s'attendait pas au comportement observé pour les particules et les protéines.

Claude Louis Marie Henri Navier. Crédit : Ecole Centrale-Lyon.

Le professeur Robert Hołyst, de l'Institut de chimie physique de l'Académie des Sciences polonaise, vient pourtant d'éclaircir quelque peu cette énigme en utilisant avec ses collègues la spectroscopie de corrélation de fluorescence combinée à un microscope confocal. Cette méthode exploite les fluctuations de l'intensité du rayonnement émis par des molécules ou des particules, comme des pelotes aléatoires, quand elles diffusent à l'intérieur du volume d'observation d'un microscope. L'étude de ces fluctuations par des méthodes de corrélation d'intensité donne accès à la dynamique des processus qui modulent l'émission.

Les chercheurs ont ainsi découvert une loi d'échelle pour la viscosité expérimentée par un objet dont la taille est inférieure à celles des particules en suspension dans un liquide. Ainsi, pour des polymères formant des pelotes aléatoires ou des virus en suspension dans l'eau, tous les objets de tailles inférieures à ces derniers expérimenteront une nanoviscosité bien plus faible que la macroviscosité observée pour des objets de plus grande échelle.

C'est véritablement une nouvelle loi de la physique qui vient d'être découvert par les chercheurs polonais. Ces derniers espèrent que leur découverte sera utilisée par l'industrie, où la viscosité joue un rôle clé dans de nombreuses réactions en biotechnologie, mais aussi pour les producteurs de shampoings et de cosmétiques. Certainement aussi, la connaissance de cette loi sera précieuse pour la conception et la construction de nanomachines et la nanotechnologie. Ce résultat aurait sans aucun doute fait plaisir à Pierre-Gilles de Gennes, grand spécialiste de la matière ultra-divisée.

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