Le LOB est une structure mixte (INSERM-CNRS-Ecole Polytechnique) qui rassemble en un seul site des compétences en biologie moléculaire et cellulaire, en optique et dynamique femtoseconde, dans le but de développer, au-delà des thématiques propres à chaque spécialité, des synergies et de favoriser l'émergence de nouveaux concepts et outils, en particulier pour la compréhension du fonctionnement des protéines et de leur organisation au sein des cellules et tissus.

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C'est dans ce cadre que se situent les recherches du laboratoire sur la dynamique structurale des protéines, en particulier des protéines impliquées dans le métabolisme oxydatif et dans la transduction de signal dépendant de l'oxyde nitrique ou de l'oxygène, sur les mécanismes réactionnels et les mécanismes d'activation de différentes enzymes ainsi que sur l'influence de substances naturelles ou synthétiques sur le fonctionnement des canaux ioniques des membranes cellulaires, en particulier cardiaques. Ces recherches s'appuient sur les compétences du laboratoire dans les domaines de l'ingénierie des protéines, de la simulation de dynamique moléculaire et des lasers femtosecondes.

La dynamique structurale associée au fonctionnement des protéines inclut des étapes dans le domaine femtoseconde. Nous utilisons des impulsions femtosecondes à la fois pour déclencher une réaction biochimique et pour suivre les changements structuraux et électroniques associés. Pour aller plus loin dans la compréhension voire le contrôle de la relation entre dynamique structurale et fonction des protéines, nous développons des techniques de spectroscopie cohérente femtoseconde, en particulier dans l'infrarouge moyen, le domaine spectral des vibrations moléculaires, nécessitant dans certains cas le façonnage d'impulsions femtosecondes. Dans le même esprit, l'étude du repliement des protéines est abordée par le biais de nouvelles techniques de dichroïsme circulaire résolu en temps dans l'ultraviolet lointain.

Un autre axe de l'activité du laboratoire concerne le développement de nouvelles approches d'imagerie permettant de sonder l'activité cellulaire d'une part au sein de tissus intacts, et d'autre part à l'échelle de la molécule unique. En particulier, nous utilisons les impulsions femtoseconde pour la microscopie non-linéaire (fluorescence excitée à deux photons, génération de second et troisième harmonique, Raman stimulé), qui fournit une information tridimensionnelle micrométrique au sein de milieux complexes tels que les tissus biologiques. Nos approches reposent sur la microscopie multiphoton multi-modalités, l'ablation induite par impulsions ultrabrèves, l'imagerie in vivo de modèles animaux, le façonnage d'impulsions, et le développement de nanoémetteurs alternatifs pour le suivi de molécules individuelles. Les applications concernent notamment l'étude du remodelage de la matrice extracellulaire et celle de la biomécanique du développement embryonnaire. Une autre approche utilise le rayonnement infrarouge lointain dans le domaine térahertz, qui a la propriété d'être très sensible à la composition ionique des milieux biologiques. Un microscope térahertz en champ proche est ainsi développé pour l'étude des cellules excitables comme les neurones.

Les chercheurs du laboratoire participent à l'enseignement de l'Ecole Polytechnique aussi bien dans le Département de Physique que dans le Département de Biologie et interviennent comme enseignants dans différents Masters.

 

    Retrouvez les experts de l’Année de la Lumière du laboratoire d'optique et biosciences (LOB) dans le Programme Année de la lumière à l’Université Paris-Saclay