Une nouvelle technique d'imagerie à rayons X ouvre de vastes perspectives dans la recherche structurelle
Une équipe internationale de scientifiques a pour la première fois utilisé une nouvelle technique d'imagerie à rayons X baptisée imagerie «flash» par diffraction (flash diffractive imaging). Cette technique devrait constituer une petite révolution dans le domaine de la recherche structurelle en permettant aux scientifiques d'obtenir des clichés de virus, de cellules et même de protéines, dont la résolution atteindra le nanomètre. Les résultats de cette étude, cofinancée par le sixième programme-cadre de l'Union européenne, ont été publiés dans la dernière édition en ligne de la revue Nature Physics. Jusqu'à présent, les expériences recourant à l'imagerie à rayons X se heurtaient au fait que le rayonnement utilisé pour créer l'image entraînait lui-même la destruction de l'échantillon. «Il existe néanmoins un moyen de contourner le problème», a déclaré le professeur Janos Hajdu, de l'université d'Uppsala, l'un des auteurs de l'étude. «Prendre le cliché en moins de temps qu'il n'en faut aux processus en question pour occasionner des dommages.» Les théories avaient prévu qu'il serait possible d'enregistrer un diagramme de diffraction à partir d'une vaste macromolécule, d'un virus ou d'une cellule en émettant une impulsion ultra-courte et extrêmement brillante de rayons X. «Deux questions majeures se posaient néanmoins», a commenté M. Hajdu. «Une simple impulsion laser à électron libre permettrait-elle d'enregistrer une image interprétable de l'échantillon avant qu'il ne se transforme en plasma sous l'effet des rayons X? Et le diagramme de diffraction contiendrait-il vraiment des informations structurelles sur l'objet avant que ce dernier ne soit détruit?» Les simulations informatiques avaient suggéré qu'il était possible d'obtenir une structure de résolution quasi atomique en choisissant judicieusement la durée d'impulsion et la longueur d'onde des rayons X avant que l'échantillon ne soit détruit. Pour tester leur théorie, les chercheurs ont eu recours au FLASH, le laser X «doux» à électron libre du DESY - le laboratoire électro-synchrotron allemand. «Seul laser à rayons X doux fournissant des impulsions cohérentes extrêmement brillantes d'une durée de juste 25 femtosecondes, FLASH est la première source de rayonnement au monde à permettre un tel essai, ainsi que d'autres expériences de principe», a déclaré le professeur Jochen Schneider, directeur de recherches au DESY. «Grâce aux efforts pionniers menés au DESY, FLASH est également le premier dispositif disponible en ce domaine pour les usagers de disciplines scientifiques très diverses.» Dans le cadre de leur expérience, les chercheurs ont dirigé une intense impulsion laser à électron libre d'une longueur d'onde de 32 nm et d'une durée de seulement 25 femtosecondes sur leur échantillon, une image de trois microns de côté représentant deux silhouettes cheminant sous le soleil, qui avait été découpée en une fine membrane grâce à un faisceau ionique. L'énergie du laser a rapidement élevé l'échantillon à une température de quelque 60 000 kelvins et l'a vaporisé. Mais avant que l'échantillon ne soit détruit, les scientifiques ont pu enregistrer un diagramme de diffraction, à partir duquel les algorithmes informatiques ont pu restituer l'image originale. La résolution de l'image obtenue grâce à cette expérience, lors de laquelle des rayons X doux ont été employés, était de 62 nm, mais les chercheurs examinent déjà le potentiel des rayons X «durs», de longueur d'onde plus courte. Dans l'article, ils notent que la même expérience, menée en utilisant un laser X «durs» à électron libre opérant à une longueur d'onde de 15 nm, permettrait d'obtenir une résolution de 0,3 nm seulement. Les scientifiques notent également qu'il sera possible d'étudier la structure d'un nombre de protéines supérieur à ce qui est actuellement le cas, attendu que la technique n'exige pas de cristallisation de l'échantillon, procédé auquel de nombreuses biomolécules ne résistent pas. «Tout notre groupe est fasciné par ces résultats», a commenté le professeur Hajdu. «L'imagerie 'flash' a des implications totalement nouvelles dans l'étude des structures moléculaires en biologie. Un groupe rassemblant pour la première fois des biologistes et des spécialistes de l'atome, des plasmas et de l'astrophysique est en train de se constituer pour parvenir à ces objectifs.» Les scientifiques devront cependant encore s'armer de patience avant de pourvoir tester leur nouvelle technique sur les rayons X durs, les équipements devant les produire étant encore en construction. Le LCLS (Linac Coherent Light Source, pour accélérateur linéaire en lumière cohérente) du Linear Accelerator Center de Stanford (États-Unis) doit entrer en service en 2009, tandis que la construction du laser X à électron libre (XFEL) doit débuter à Hambourg l'année prochaine. Cet équipement, censé être opérationnel en 2013, figure en bonne position dans la feuille de route européenne pour les infrastructures de recherche récemment publiée.
Pays
Allemagne, Suède, États-Unis