Mécanismes élémentaires d' IRRAdiation de MOlécules biologiques : Impact de protons rapides sur des agrégats de biomolécules – MIRRAMO

Deux collaborations solides et anciennes (LYON-INNSBRUCK d'une part et TOULOUSE-ERLANGEN d'autre part) s'associent pour ce projet expérimental et théorique sur la compréhension des mécanismes mis en jeu lors de l'irradiation d'agrégats de biomolécules par impact de protons. Nous proposons la construction d'un nouveau dispositif pour l'irradiation d'agrégats de bio-molécules pour étudier les mécanismes qui résultent de l'ionisation dans un nanosystème complexe bio-moléculaire : fragmentation, capture électronique dissociative, réactivité. L'enjeu principal est d'irradier non seulement une molécule isolée mais une molécule entourée d'autres molécules, des molécules d'eau notamment et de contrôler le degré d'habillage par la molécule d'eau de la molécule-cible. L'objectif premier de ce projet est l'analyse expérimentale et la compréhension théorique des mécanismes élémentaires d'irradiation de molécule d'intérêt biologique. Son originalité tient à sa capacité à quantifier le rôle de l'environnement dans le processus d'irradiation grâce à un contrôle précis du nombre de molécules en présence. Un tel contrôle de la taille est caractéristique de la physique des agrégats et permet, outre une analyse fine des mécanismes élémentaires, une modélisation microscopique, notamment dans le cas de petits systèmes. Le dispositif expérimental proposé offre donc une opportunité unique d'interface avec des calculs microscopiques réalistes d'irradiation, ce qui, à notre connaissance, constitue une première au niveau international. Plus précisément, le dispositif permettra la mesure de sections efficaces absolues pour caractériser les gerbes d'ionisation, l'émission d'électrons, la production de radicaux libres, la production de fragments chargés. Ce type de mesures déjà réalisées sur des molécules isolées sera étendu aux agrégats de biomolécules et macro-molécules complexes. Les expériences menées seront accompagnées d'une étude théorique développée en parallèle. Nous utiliserons comme base la théorie de la fonctionnelle de la densité dans sa version dépendante du temps, avec différents niveaux d'approches, suivant le régime dynamique décrit. Nous avons testé et développé ces méthodes pour des agrégats en champs forts. Nous les adapterons et les étendrons à la problématique particulière des composants organiques. Du point de vue des applications, les résultats expérimentaux contribueront à l'identification des mécanismes des dommages radio-induits et à la compréhension de l'action de certaines molécules sur la radiosensibilité. Elles concernent également le développement de sources d'ions pour l'analyse des bio-molécules par spectrométrie de masse. Installé à l'institut de physique nucléaire de Lyon, le nouveau dispositif expérimental fait partie du plateau technologique ANAFIRElyon. La conception de ce nouveau dispositif, associant source de protons et spectromètres de masse est fortement marquée par les méthodes développées par la physique corpusculaire (IN2P3). Ce contexte scientifique permet le développement de méthodes nouvelles pour l'analyse des bio-molécules par spectrométrie de masse. Cet aspect du projet rentre dans le cadre d'une convention entre l'IPNL et le nouvel Institut des sciences analytiques de LYON (ISA, chef de projet : P.Toulhoat). Le projet a naturellement une dimension européenne puisqu'il s'enracine dans le croisement de l'axe théorique franco germanique et de l'axe expérimental franco-autrichien. Le projet est soutenu par une bourse européenne Marie Curie et bénéficie de l'expertise multidisciplinaire de l'action COST P9.