Mesure du potentiel électrostatique d’échantillons biologiques par holographie

9 février 2025

L’holographie électronique a été utilisée pour étudier la structure de bactériophages. Nous avons mis en évidence une amélioration du contraste et du rapport signal/bruit par rapport aux images de MET conventionnelle. De plus, les images de phase donnent des informations sur les variations de charges dues à la neutralisation de l’ADN contenu dans ces objets, ouvrant la voie à des études du potentiel électrostatique d’objets biologiques à l’échelle nanométrique.

Les avancées méthodologiques et instrumentales en holographie électronique off-axis menées au CEMES permettent d’atteindre une sensibilité de phase d’environ 2 mrad à une résolution de 2 nm avec une dose typique de plusieurs milliers d’e^–/Ų. Ces performances rendent l’holographie potentiellement utiles pour l’étude d’échantillons biologiques qui ne supportent néanmoins pas des doses aussi élevées (quelques dizaines d’e^–/Ų seulement).

Dans le cadre d’une thèse cofinancée par la Région Occitanie et l’Université de Toulouse et codirigée avec une équipe du Centre de Biologie Intégrative (CBI) de Toulouse, et d’un projet interdisciplinaire soutenu par la Miti du CNRS, les chercheurs du CEMES ont évalué les performances de l’holographie pour l’étude structurale d’échantillons biologiques étudiés à température ambiante et dans des conditions cryogéniques.

Nos résultats obtenus à faibles doses sur des bactériophages T4 et T5 non colorés (unstained) montrent une amélioration significative du contraste des images de phase à température ambiante par rapport aux images TEM en champ clair.

Dans les études en cryogénie menées sur des échantillons enrobés de glace vitreuse, le bruit de phase résultant de la nécessité de travailler à faibles doses s’ajoute à la diminution du signal/bruit due au chevauchement des zones de glace et conduit à des sensibilités réduites. Les chercheurs ont cependant montré que l’holographie donne accès à des informations sur les variations de charges locales liées à des modifications des configurations structurales inaccessibles par d’autres techniques, ouvrant ainsi de nouvelles possibilités d’études du potentiel électrostatique d’objets biologiques à l’échelle nanométrique.

A gauche : Images Cryo-TEM d’un bactériophage T4
En haut à droite : Images de phase d’un bactériophage T5 non traité (en haut à gauche et au milieu) et traité à la spermine (en haut à droite). En bas : Profil de phase de la tête d’un bactériophage T5 non traité et non coloré par la spermine.

Contact :
Etienne Snoeck | etienne.snoeck[chez]cemes.fr

Publication :
Off-axis electron holography of unstained bacteriophages: toward electrostatic potential measurement of biological samples
E. Karim, C. Gatel, A. Leforestier, S. Balor, V. Soldan, C. Plisson-Chastang, P.-E. Gleizes, and E. Snoeck
Journal of Structural Biology, Volume 217, Issue 1, 2025, 108169
DOI : https://doi.org/10.1016/j.jsb.2025.108169