Mise en place d'un système de mesures de données de diffractions in situ à haut débit sur des échantillons biologiques

par Igor Chaussavoine

Projet de thèse en Physique

Sous la direction de Matthieu Réfregiers.

Thèses en préparation à l'Institut polytechnique de Paris , dans le cadre de École doctorale de l'Institut polytechnique de Paris , en partenariat avec SOLEIL - Synchrotron SOLEIL (laboratoire) depuis le 01-01-2017 .


  • Résumé

    La ligne PROXIMA-1 est l'une des deux lignes de lumière au Synchrotron SOLEIL pour les mesures en cristallographie macromoléculaire. PROXIMA-1 offre un faisceau à rayons x intense, parallèle et accordable pour des mesures à hautes résolutions ou pour des grands paramètres de maille. La ligne est munie d'un détecteur rayons x grande surface à haute fréquence (PILATUS-6M), en complément d'un robot pour changements d'échantillons assistés (CATS) pour charger et manipuler des échantillons généralement refroidis et stockés en conditions cryogéniques. Dans l'optique d'une optimisation de collecte de données sur des échantillons biologiques, il est très souvent avantageux de ne pas congeler les échantillons et de les étudier à température ambiante. Souffrant du pouvoir destructeur des rayons x utilisés dans le cadre de ces expériences, les échantillons biologiques ne survivent généralement pas à des périodes d'expositions étendues. Pour remédier à cette problématique, un système dit de mesures in situ est en phase avancée d'implémentation sur la ligne. Cette méthode de présentation des cristaux prend avantage d'une préparation microfluidique des échantillons, puis d'une manipulation robotisée de ces puces d'échantillons pour les présenter sous le faisceau de rayons x. De manière à favoriser des collectes de données en série sur une grande quantité de cristaux chargés dans les puces, la conception des puces et en particulier l'arrangement que les cristaux prennent à l'intérieur joue un rôle clef. Cette approche microfluidique a déjà fait l'objet d'une première preuve de concept et d'ouverture plus large aux possibilités que pourrait donner cette technique dans un contexte industriel de collectes à haut débit. Le but de la formation doctorale est de mettre en place un système de mesures in situ à haut débit, en tirant avantage des nouvelles avancées en puces microfluidiques adaptées à des échantillons biologiques cristallins, en complément des approches robotiques mises en places sur la ligne PROXIMA-1 pour des mesures directes sur plaques de cristallisation. De manière à cibler les applications industrielles nombreuses sur la ligne et en fort développement à SOLEIL, les puces devront être munies de qualités particulières pour favoriser un chargement d'échantillons sans destruction des cristaux ; disposer de manière périodique les cristaux tout au long de la puce ; être usinée dans un matériau permettant la prise de collectes de clichés de diffraction avec un minimum d'absorption et de diffusion en bruit de fond ; être adaptées au robot de changement d'échantillons opérationnel sur la ligne ; ouvrir les possibilités de trempages préférentiels des cristaux avec des petites molécules et ligands. Des programmes et protocoles de préparation des puces et échantillons, puis de collectes et d'analyses de données devront être développés, testés et mis en production pour une utilisation générale par des utilisateurs impliqués de PROXIMA-1. Entre autres fonctionnalités, la puce microfluidique devra être suffisamment souple dans son schéma de piégeage pour adapter des formes géométriques et des tailles cristallines variées mais reproductibles, avec la possibilité de préparer des puces à la demande selon les échantillons étudiés. Les temps optimisés de trempage des cristaux avec des petites molécules dépendant du volume total du cristal, un certain degré de flexibilité au niveau de l'interface ligand/cristal sera nécessaire, de manière à pouvoir faire varier les concentrations en ligand autant que le temps d'interaction avec les cristaux. Tout au long de la formation, le projet sera encadré dans les développements méthodologiques requis par Léonard CHAVAS et les membres de son équipe.

  • Titre traduit

    Establishement of high-throughput in situ diffraction data measurement methods applied to biological samples


  • Résumé

    To come