Les situations extrêmes exigent des molécules extrêmes

Les bolaamphiphiles peuvent s'associer en membranes monocouches. Or, les phospholipides — le constituant majeur des membranes biologiques — s'associent en structures bicouches.« Nous avons posé les questions fondamentales suivantes : », explique Niki Baccile, co-investigateur principal et auteur correspondant de l'article. « Comment les membranes monocouches de bolaamphiphiles, plus minces, affectent-elles la plasticité des membranes modèles de phospholipides ? Et comment la plasticité et la morphologie de la membrane sont-elles influencées par d'importants paramètres externes, tels que le pH ? »

Pour mener leurs investigations, les scientifiques ont combiné des techniques de microscopie avec des mesures de diffusion de neutrons à l'ILL — la diffusion des neutrons aux petits angles (SANS) et l'écho de spin neutronique (NSE). « Le SANS est la technologie non destructive idéale pour étudier les molécules dans la gamme de taille du nano au micromètre », explique Lionel Porcar, responsable principal de l'instrument de diffusion aux petits angles D22 de l'ILL. Son collègue Ingo Hoffmann, du spectromètre à neutrons IN15, ajoute : « Le NSE permet de déchiffrer des mouvements moléculaires infimes. La combinaison du SANS et du NSE, en tant que techniques neutroniques complémentaires, est essentielle pour étudier des systèmes biologiques tels que ces vésicules. »

L'équipe a observé que les molécules de bolaamphiphile se mélangeaient aux membranes artificielles à toutes les valeurs de pH. En utilisant la diffusion de neutrons aux petits angles (SANS), l'équipe a montré que le processus de mélange amincissait les membranes et les transformait, de structures initialement multilamellaires (c'est-à-dire de multiples membranes se recouvrant les unes et les autres comme les couches d'un oignon) à des structures unilamellaires. De manière complémentaire, la spectroscopie d'écho de spin neutronique (NSE) - qui se concentre sur la dynamique à l'intérieur des membranes - a révélé que celles-ci devenaient moins rigides après l'incorporation du bolaamphiphile à pH neutre. Fait intéressant, dans des conditions acides, les bolaamphiphiles rendaient les membranes plus rigides. L'équipe attribue ces importantes différences aux changements de forme des bolaamphiphiles qui dépendent du pH.

En utilisant des techniques de microscopie sophistiquées, les scientifiques ont également observé comment les mélanges bolaamphiphile-membrane donnaient naissance à des structures complètement nouvelles. « Nous avons été intrigués de voir que ces structures résultantes variaient également en fonction de la valeur du pH », explique Atul N. Parikh, co-chercheur principal de l'étude. « Par exemple, dans des conditions neutres et acides, les vésicules ont commencé à se rapprocher, formant des tubules, puis se sont subdivisées pour produire des vésicules plus petites à l'intérieur de plus grandes. » À pH basique, la formation de vésicules a été observée une fois de plus – mais cette fois, elles bourgeonnaient à l'extérieur de leurs « sœurs » plus grandes.