Etude de microactionneurs photobiologiques à l'échelle moléculaire :Photodéclenchement ultrarapide de la motilité cellulaire – Femtomobile

L'objectif du présent projet est de comprendre les phénomènes de perception de la lumière par des microorganismes unicellulaires photomotiles et d'entamer une démarche vers la conception de photo-microactionneurs artificiels. Il s'agit d'étudier les processus moléculaires primaires photoinduits au sein de l'assemblage chromophore-protéine constituant le photorécepteur cellulaire. La conversion de l'énergie lumineuse par le photorécepteur implique le plus souvent une réponse moléculaire ultrarapide qui nécessite un suivi par spectroscopie femtoseconde. Ce projet interdisciplinaire, nécessite la mise en commun de compétences en femtochimie, en biologie et en synthèse organique, apportées respectivement par les trois équipes partenaires de cette demande : 1. M. Martin (Dépt. Chimie de l'ENS, UMR CNRS 8640) 2. C. Bowler (Dépt. Biologie de l'ENS, FRE CNRS 2910) 3. J-M. Mallet (Dépt. Chimie de l'ENS, UMR CNRS 8642). Hormis la rhodopsine, les récepteurs d'organismes photomotiles sont encore très peu étudiés, malgré le fort développement des recherches sur la vision. Le présent projet concerne l'étude de trois chromoprotéines non apparentées aux rhodopsines : les cryptochromes, l'oxyblépharismine protéine (OBPP) et la protéine jaune photoactive (PYP). Elles sont extraites de microorganismes différents (diatomées, protozoaires ciliés, bactéries flagellées) et possédent des chromophores différents (flavine, hypéricine, acide p-hydroxycinnamique). Le projet nécessite la culture des organismes photomotiles, ou d'organismes transgéniques surexprimant la protéine, puis la purification de celle-ci en quantité importante. Ces compétences sont apportées par l'équipe de C. Bowler. Les étapes primaires de la conversion d'énergie par le chromophore isolé ou bien au sein de la chromoprotéine seront caractérisées spectroscopiquement et cinétiquement par l'équipe de M. Martin dans une expérience d'absorption transitoire femtoseconde. L'excitation sub-50 fs sera fournie par un laser Ti :Saphir amplifié doublé en fréquence ou par un amplificateur paramétrique optique non-colinéaire, selon les cas. Des résultats ont déjà été acquis par cette équipe avec une excitation laser sub-1ps, sur l'OBPP et la PYP, dans le cadre de collaborations avec des équipes étrangères mondialement reconnues dans ce domaine (F. Lenci à Pise, K. Hellingwerf à Amsterdam). Ces travaux démontrent non seulement la faisabilité du projet mais permettent également d'envisager un premier modèle artificiel du photorécepteur de la PYP, proposé par l'équipe de J.-M. Mallet. Dans ce modèle, le chromophore sera relié à une cyclodextrine, substituée ou non par des acides aminés, qui mimera la poche protéique hydrophobe et, si possible, les interactions du chromophore au sein de la chromoprotéine. En amont de la biophotonique, le présent projet de recherche fondamental interdisciplinaire ouvre un nouveau champ d'investigation vers la conception de systèmes photoniques inspirés du vivant.