Le plancton, vu par la microscopie d’expansion

Née il y a dix ans, la microscopie d’expansion est une technique de microscopie à haute résolution extrêmement prometteuse, qui séduit de plus en plus de scientifiques.

Optimisée il y a tout juste cinq ans pour l’étude des organismes marins, elle a déjà été utilisée par les chercheurs de l’EMBL (Laboratoire européen de biologie moléculaire) pour explorer l’extraordinaire diversité planctonique, mais aussi les relations symbiotiques chez les diatomées.

2020. Gautam Dey, chercheur à l’EMBL, reçoit un appel d’Omaya Dudin, son collaborateur à l’EPFL (École polytechnique fédérale de Lausanne, Suisse). Le biologiste cellulaire vient de faire un pas de géant dans ses recherches : il a réussi à adapter la microscopie d’expansion, une technique développée il y a dix ans par le MIT*, pour l’observation de l’architecture cellulaire d’Ichthyosporea, un micro-organisme marin.

La microscopie d’expansion, qu’est-ce que c’est ?

La microscopie d’expansion est une technique de microscopie de pointe qui permet de dilater physiquement des échantillons biologiques contenant des organismes unicellulaires, des cellules ou des tissus. Le plus surprenant ? La plupart des structures internes de la cellule restent intactes pendant le processus et se dilatent de manière proportionnelle, ce qui permet aux scientifiques d’« agrandir » l’échantillon de quatre à seize fois. Cette technique offre ainsi la possibilité de visualiser facilement, et à moindre coût, des structures cellulaires difficiles à observer avec les méthodes de microscopie traditionnelles comme celles d’Ichthyosporea.

Créer un atlas planétaire du plancton

À la suite de ses travaux sur son micro-organisme fétiche, Ichthyosporea, Omaya Dudin aurait déclaré : « Eh, nous devrions le faire avec tous les eucaryotes microbiens ! ». Un défi un peu fou que Gautam Dey accepta de relever. Ainsi débuta la collaboration entre les deux chercheurs autour de leur sujet de prédilection : le plancton. Ces petits organismes marins jouent en effet un rôle essentiel dans notre écosystème : ils produisent une grande partie de l’oxygène de la planète et constituent la base de la chaîne alimentaire.
Ainsi, lors de l’expédition TREC (Traversing European Coastlines), dirigée par l’EMBL, plus de 200 micro-organismes marins ont pu être analysés grâce à la microscopie d’expansion — première étape d’un vaste projet visant à révéler l’incroyable diversité planctonique.

Percer les secrets des diatomées

La microscopie d’expansion permet aussi de mieux comprendre les interactions entre les organismes dans leur environnement naturel. Flora Vincent, chercheuse à l’EMBL, étudie les relations symbiotiques chez les diatomées, de toutes petites créatures qui constituent la majeure partie du phytoplancton. « Comprendre comment et pourquoi les diatomées peuvent réellement se multiplier si rapidement, et avec qui elles interagissent, peut nous aider à comprendre ce qui soutient la vie dans l’océan. » résume la scientifique.
Comme les Ichthyosporea, les diatomées étaient jusqu’alors difficiles à étudier sans recourir à des méthodes plus longues et coûteuses, cette fois en raison de leurs parois cellulaires faites de silice. Là encore, l’utilisation de la microscopie d’expansion s’est révélée être la solution : elle a permis d’examiner non seulement les relations symbiotiques, mais aussi les variations de la structure cellulaire et du mécanisme de la photosynthèse chez diverses espèces de diatomées, couvrant près de 80 millions d’années d’évolution.

« Nos aventures avec la microscopie d’expansion ne font que commencer », conclut Gautam Dey.