Une initiative de recherche nationale annoncée aujourd'hui placera l'Université du Wisconsin-Madison à l'avant-garde d'une révolution de l'imagerie favorisée par la microscopie cryoélectronique et la tomographie cryoélectronique – des technologies qui peuvent illuminer la vie à l'échelle atomique.
Les National Institutes of Health fourniront 22,7 millions de dollars sur six ans pour créer un centre national de recherche et de formation à UW-Madison qui permettra aux scientifiques de tout le pays d'accéder à cette technologie révolutionnaire.
La microscopie cryoélectronique (cryo-EM en abrégé) est une méthode utilisée pour créer des images de molécules biologiques congelées flash pour les capturer dans leur état natif. Aucun colorant ni aucune autre modification n'est nécessaire pour visualiser les structures, ce qui donne aux scientifiques une image très précise de la véritable fonction biologique. Les scientifiques peuvent scruter les surfaces mêmes où les médicaments et les protéines interagissent, où les maladies surviennent et où les virus orchestrent leurs attaques. La Cryo-EM a le potentiel d'avoir un impact sur tous les aspects de la médecine, de la maladie d'Alzheimer au développement de vaccins, en passant par l'ingénierie des protéines et des cellules et bien d'autres domaines dans tous les aspects de la recherche en sciences de la vie.
Une spécialisation et un objectif importants du centre national, la tomographie par cryo-électrons (cryo-ET), étend considérablement l'illumination à l'échelle atomique de la cryo-EM en créant des images des emplacements moléculaires tridimensionnels précis où les maladies et les thérapies potentielles interagissent avec les cellules. Cette combinaison fournit un niveau de détail sans précédent sur la structure des organismes vivants.
«L'une des parties les plus intéressantes du projet sera d'amener de nouveaux chercheurs dans le domaine de la cryo-ET», déclare la chercheuse principale Elizabeth Wright, professeure de biochimie à l'UW-Madison et affiliée au Morgridge Institute for Research. «Cela aidera tout le monde dans la recherche en sciences biologiques, car les découvertes faites ici auront le potentiel d'être traduites en nouvelles cibles thérapeutiques et médicamenteuses qui bénéficieront à l'humanité.
L'un des principaux objectifs de l'initiative NIH est d'amener plus de scientifiques dans le jeu. Cryo-EM et cryo-ET sont encore des technologies jeunes avec une main-d'œuvre limitée et un accès très limité à l'équipement et à l'expertise nécessaires. La création de quatre nouveaux centres – d'autres seront à l'Université de Stanford, à l'Université du Colorado-Boulder et au New York Structural Biology Center – vise à fournir un accès à une instrumentation avancée pour la cryo-ET, à former une nouvelle main-d'œuvre et à s'améliorer continuellement. la technologie tout en fournissant de nouvelles découvertes de recherche.
Le centre UW-Madison servira de plaque tournante pour l'initiative nationale, aidant à diriger les scientifiques participants vers la bonne ressource de réseau cryo-ET.
«L'objectif est d'aider les gens à devenir des praticiens indépendants des routines telles que la préparation d'échantillons cryo-ET, la collecte de données et l'analyse d'images», explique Wright. « Le cas échéant, le centre UW-Madison soutiendra les chercheurs dans la résolution de problèmes intéressants et techniquement complexes. »
UW-Madison est devenu un leader de la cryo-EM grâce à un investissement de dix ans débutant vers 2010. Le Département de biochimie du Collège des sciences agricoles et de la vie a pris la tête et l'Institut Morgridge s'est joint à un important soutien financier et organisationnel. L'investissement a attiré des partenariats avec le Bureau du vice-chancelier pour la recherche et l'enseignement supérieur, l'École de médecine et de santé publique et plusieurs autres unités du campus. Les fruits de ce partenariat feront leurs débuts plus tard cette année avec l'inauguration du centre de recherche UW-Madison Cryo-EM dans les bâtiments des sciences biochimiques et de la biochimie Deluca.
Alors que le campus a déjà installé quatre instruments cryo-EM de haute puissance, l'initiative des NIH ouvrira la voie à au moins trois microscopes supplémentaires pour répondre à la demande nationale. L'installation devrait être terminée au début de 2022. La subvention prévoit également un financement pour la formation, les calculs et le personnel.
Reconnaissant l'importance de la cryo-EM pour l'avenir de la biologie structurale, le Département de biochimie et l'Institut Morgridge ont déjà commencé à rassembler une équipe de chercheurs pour faire avancer la science. En plus de Wright, le Département de biochimie et CALS a embauché des professeurs Robert Kirchdoerfer, qui possède une expertise dans les applications de cryo-EM en virologie, et Ci Ji Lim, qui a une expertise dans les applications de cryo-EM en biologie de l'ADN. Le Morgridge Institute a embauché le chercheur Tim Grant (également professeur de biochimie à UW-Madison), qui développe des programmes informatiques pour améliorer la collecte et l'analyse de données cryo-EM et cryo-ET, et le chercheur Brian Bockelman, qui est un expert en calcul de recherche.
L'expérience de recherche de Wright en cryo-ET et cryo-EM a été essentielle pour sécuriser le hub des NIH. Avant de rejoindre UW-Madison en 2018, Wright a supervisé le développement d'un programme complet de cryo-EM à l'Université Emory à Atlanta. Elle était intriguée par le même développement de projet de base en cours à Madison, avec des avantages supplémentaires d'être associée à une université de recherche puissante.
«Il est impossible que nous puissions construire une installation comme celle-ci sans la vision, le leadership et l'expertise scientifique du professeur Wright», déclare Brian Fox, président de Biochimie. « Cette initiative poussera la compréhension au niveau scientifique et a un grand potentiel pour les découvertes de base menant à la traduction du laboratoire à la clinique et des applications transformatrices dans de nombreux autres domaines importants. »
«UW-Madison a une longue histoire de développement et de perfectionnement de technologies d'imagerie qui aident les biologistes à voir, et donc à mieux comprendre, la vie», déclare Kate VandenBosch, doyenne de CALS. «Je suis fier des applications de ces outils par nos chercheurs, ainsi que de leurs efforts pour les mettre à la disposition de la communauté de recherche. De grandes découvertes en résulteront.
Des retombées ont déjà émergé du cryo-ET. Un collègue de Wright chez Emory a mis au point un vaccin contre le virus respiratoire syncytial – une infection hautement contagieuse qui affecte les nourrissons et les jeunes enfants – basé sur des structures cryo-ET qui est maintenant devenue une entreprise commerciale. Les chercheurs s'attendent à des résultats similaires ici à mesure que de nouveaux composés, vaccins et cibles médicamenteuses sont identifiés.
Le Morgridge Institute, un institut de recherche privé à but non lucratif affilié à UW-Madison, a servi de catalyseur précoce important en apportant des outils et des talents de cryo-EM à Madison. Le chercheur en virologie de Morgridge, Paul Ahlquist, a dirigé l'effort en réunissant Morgridge, Biochemistry, OVCRGE et SMPH pour mettre UW-Madison sur la carte en tant que leader de la cryo-EM.
«En tant qu'organisme de recherche fondamentale à but non lucratif, nous avons la capacité d'agir rapidement et de faire ce genre de partenariats stratégiques et d'investissements dans les nouvelles frontières de la science», déclare le PDG de Morgridge, Brad Schwartz.
Steven Ackerman, vice-chancelier de l'UW-Madison pour la recherche et l'enseignement supérieur, affirme que le nouveau centre cryo-ET contribuera à une grande tradition d'installations de recherche partagées à UW-Madison, huitième du pays pour le volume total de recherches menées.
«Le statut national de ce nouveau centre servira de puissant aimant pour attirer les meilleurs talents scientifiques dans le Wisconsin», déclare Ackerman.
L'OVCRGE a fourni des contributions clés du cadeau annuel de la Wisconsin Alumni Research Foundation pour acheter des instruments et fournir des packages de démarrage pour les nouveaux professeurs, et son programme UW2020 pour embaucher du nouveau personnel contribuant aux progrès de la cryo-EM et de la cryo-ET sur le campus.
La source:
Institut de recherche Morgridge
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