Chimie

Le Nobel de chimie au Vaudois qui a révélé l’invisible

Surprise: la distinction scientifique suprême revient cette année à Jacques Dubochet, discret spécialiste de la microscopie à l’Université de Lausanne. Il reçoit le prix avec deux confrères, américain et britannique, pour la mise au point d’une méthode révolutionnaire permettant d’observer la machinerie cellulaire sans l’altérer

Quinze ans qu’on l’attendait. Depuis le sacre de Kurt Wüthrich, Prix Nobel de chimie en 2002, la science suisse était à l’affût d’un nouveau lauréat. C’est désormais chose faite: Jacques Dubochet, de l’Université de Lausanne, a été récompensé par le Prix Nobel de chimie le mercredi 4 octobre. Le jury suédois a distingué ses travaux sur la cryomicroscopie électronique, une méthode d’imagerie qui «simplifie et améliore à la fois la visualisation de biomolécules», et qui «permettra peut-être prochainement d’obtenir des images détaillées à l’échelle atomique des machineries moléculaires à l’œuvre dans le vivant», souligne-t-il dans un communiqué.

C’est un magnifique Prix Nobel de chimie qui réunit le travail de théoriciens et d’expérimentateurs

Jacques Dubochet reçoit ce prix conjointement avec Richard Henderson, de l’Université de Cambridge, et Joachim Frank, de l’Université Columbia à New York. Les trois lauréats ont chacun apporté leur pierre à l’édifice, chacun à leur manière. «En permettant de voir les molécules dans leur état natif, Jacques Dubochet a initié une révolution scientifique», affirme Christoph Bauer, directeur de la plate-forme Bioimaging à l’Université de Genève (Unige).

L'annonce, ce mercredi:  Le Vaudois Jacques Dubochet est co-lauréat du Nobel de chimie

«C’est un magnifique Prix Nobel de chimie qui réunit le travail de théoriciens et d’expérimentateurs», commente pour sa part Didier Perret, directeur du Chimiscope à l’Unige, et qui a rencontré pour la première fois Jacques Dubochet dans les années 1990, alors que son laboratoire était en plein boom.

Microscopie électronique et tissus vivants ne font pas bon ménage

Observer, expérimenter, comprendre: tel est le quotidien des scientifiques qui étudient le vivant. Mais comment visualiser ce qui se passe dans nos cellules? Avec un microscope, bien sûr. Sauf que ces instruments ne sont pas parfaits.

Les plus puissants, tels que les microscopes électroniques, autorisent des grossissements de plusieurs dizaines de milliards de fois. A condition de préparer les tissus d’une manière bien précise, peu compatible avec des conditions propices à la vie. D’abord, les électrons du microscope sont source de radiations, qui dégradent les cellules. Ensuite, le vide nécessaire pour le fonctionnement de ce type d’instrument entraîne une évaporation de l’eau, qui constitue 80% des êtres vivants, provoquant ainsi un effondrement des molécules sur elles-mêmes.

Jacques Dubochet a initié une révolution scientifique

Pour contourner ces obstacles, les scientifiques remplacent le précieux liquide par un solvant dans lequel une résine soluble est injectée. Celle-ci a pour effet de fixer les tissus, qui sont ensuite découpés en tranches ultra-fines propres à l’observation. Le problème, explique Didier Perret, c’est que ces lourdes manipulations entraînent des modifications chimiques et structurales, et donc des incertitudes: «On ne sait plus si ce qu’on observe est bien la même chose que ce qu’il y a à l’état naturel.»

Lire également:  Jacques Dubochet, le savant atypique

«Inventer l’eau froide»

Cette limitation avait été notée dès l’apparition des premiers modèles de microscope électronique en 1931, par ailleurs inventés par un autre Prix Nobel, le physicien allemand Ernst Ruska. Diverses méthodes de préparation avaient par la suite été imaginées pour remédier au problème. L’une d’elles, proposée en 1974, consiste à empêcher l’évaporation de l’eau liquide en la congelant.

Creusant cette voie, Richard Henderson a pour la première fois en 1990 prouvé qu’on pouvait observer la structure tridimensionnelle d’une protéine, la bactériorhodopsine, grâce à ce procédé. L’image finale en 3D fut produite en combinant un grand nombre d’observations en 2D, grâce à une méthode de traitement mise au point par Joachim Frank entre 1975 et 1986.

Un problème subsistait toutefois: en gelant, l’eau adopte une structure cristalline, ce qui bouscule l’intérieur des cellules, voire les fait éclater. Placez une bouteille d’eau au congélateur: celle-ci en ressort gonflée, selon le même principe. Pour éviter cet inconvénient, les scientifiques ont essayé de refroidir l’eau le plus rapidement possible afin de la geler sans la rendre cristalline, par un procédé appelé vitrification. Sans y parvenir, tant le procédé demande une congélation rapide, en une fraction de seconde. C’est cette prouesse qu’a réussie le Vaudois Jacques Dubochet. «Nous avons inventé l’eau froide», a lancé, rieur, le lauréat lors d’un point presse à l’Université de Lausanne.

Trouver la bonne sorbetière

Pour y parvenir, le physicien devenu biologiste a, en 1981 avec son collègue Alasdair McDowall, mis au point une méthode permettant l’obtention d’un fin film d’eau solide non cristalline, propre à l’observation au microscope électronique. Ils ont pour cela utilisé des gaz liquéfiés, notamment de l’éthane et du propane à environ – 190 °C, maintenus dans une sorte de bain-marie d’azote liquide, répétant leurs manipulations à de multiples reprises, jusqu’à obtenir le résultat recherché. Une succession d’essais et d’erreurs qui constitue un bel exemple de démarche empirique.

Lire aussi:  Le Nobel, un formidable coup de projecteur pour l’Université de Lausanne

Il faut dire que l’eau, le liquide le plus abondant sur Terre, ne fait rien comme les autres et ne révèle pas ses secrets au premier laborantin venu. Ceux qui ont déjà essayé de confectionner leurs propres sorbets l’ont expérimenté: le moindre faux pas engendre la création de cristaux de glace, ce que les deux chercheurs voulaient à tout prix éviter. A la manière d’un cuisinier qui améliore petit à petit sa recette, «Jacques Dubochet a trouvé la bonne sorbetière pour obtenir une eau glacée et sans cristaux», illustre élégamment Didier Perret.

L’eau reste un grand mystère. Lorsque l’on comprendra ce qu’est la nature de notre eau vitrifiée, on aura fait de grands progrès en biologie, et on assistera sans doute à de nouveaux Prix Nobel.

Grâce à la cryomicroscopie électronique, les scientifiques ont pu obtenir de nouvelles images de la machinerie cellulaire, plus fidèles à la réalité. Une découverte concomitante, et sans doute pas étrangère, à l’explosion de la biologie cellulaire dans les années 1990, estime Christoph Bauer. Explosion qui se poursuit aujourd’hui, d’ailleurs: il suffit de suivre l’actualité scientifique pour voir chaque semaine de nouvelles images de protéines, d’anticorps ou de virus obtenues grâce à la cryomicroscopie électronique.

Quant à Jacques Dubochet, en bon scientifique, il continue de se poser des questions fondamentales: «L’eau reste un grand mystère. Lorsque l’on comprendra ce qu’est la nature de notre eau vitrifiée, on aura fait de grands progrès en biologie, et on assistera sans doute à de nouveaux Prix Nobel.» Dont acte.

Publicité