Combien pèse une cellule? Le maquillage brillant pour mesurer quelque chose de plus léger qu'un trilionésimo de gramme

Même une cellule a un poids: voici comment les chercheurs parviennent à le calculer avec une précision extraordinaire, arrivant dans des mesures inférieures à un picogramme

Lorsque nous pensons au poids de quelque chose, nous imaginons des objets concrets: une pomme, un livre, un package. Mais une cellule? Combien pèser la plus petite unité de la vie? La réponse est surprenante: moins d'un trilionnisme de gramme. Pourtant, les scientifiques parviennent vraiment à le mesurer.

Par exemple, une cellule de levure pèse 100 picogrammes en moyenne, tandis qu'une bactérie d'E. Coli vient d'atteindre 1 picogramme – c'est-à-dire un millionième de millionième gramme. Pour faire une comparaison, un grain de sable est environ 60 millions de fois plus lourd. La question vient spontanément: mais comment pouvez-vous peser quelque chose de si infiniment petit?

Une cellule qui coule dans de l'eau sucrée

Nous sommes aux États-Unis, en 1953. Deux biologistes de la Southern Illinois University, avec un microscope, de l'eau sucrée et une caméra, décident de peser les cellules de levure. Pas de laboratoire ultra-moderne, pas de technologie de pointe. Juste une idée simple et précise.

Les deux scientifiques sont inspirés d'une formule du XIXe siècle, écrite par le mathématicien irlandais George Stokes. Selon son équation, si vous connaissez la vitesse à laquelle une sphère coule dans un liquide, sa taille et la densité du fluide, vous pouvez tracer la masse de l'objet.

Ainsi, les chercheurs ont mis les fenêtres verticalement, reprendre le microscope le mouvement des cellules qui descendent lentement dans l'eau sucrée et analysent chaque cadre. Ils considèrent les cellules de levure assez arrondies pour appliquer la formule. Le résultat? Chaque cellule pèse en moyenne 79 picogrammes. Et ce qui est incroyable, c'est que, même aujourd'hui, avec des outils beaucoup plus précis, les données ont été confirmées: nous sommes environ 100 picogrammes par cellule.

Une curiosité: une partie du financement de l'expérience provient de la brasserie Anheuser-Busch, qui a utilisé (et utilisé) la levure pour produire de la bière. Coïncidences utiles.

Pour peser une bactérie, il faut quelque chose de plus

La méthode utilisée pour la levure ne fonctionne que parce que ces cellules sont assez sphériques. Mais que se passe-t-il avec des bactéries telles que E. coli, qui ont une forme allongée, semblable à un bâton? Dans ce cas, les faire tomber dans une turbulence des causes liquides, ce qui rend le calcul inexact.

En 2010, un groupe de chercheurs du MIT a trouvé une solution complètement différente. Il a construit un résonateur microcanal suspendu, un petit appareil en forme de U, qui vibre comme une corde de guitare. À l'intérieur d'un fluide coule, et lorsqu'une bactérie la traverse, la fréquence de la vibration change. Plus la bactérie est lourde, plus la vibration est modifiée.

Cela vous permet de mesurer la masse de la bactérie avec une précision impressionnante, en atteignant des fémtogrammes (mille fois plus petits qu'un picogramme). Mais ce n'est pas tout: l'appareil peut également piéger une seule bactérie et surveiller sa croissance. À 37 ° C, un E. coli Le piccolo augmente d'environ 0,06 picogramme par heure, tandis qu'un plus grand atteint 0,14 picogrammes.

Dans une étude sur 48 cellules, la masse moyenne détectée était de 0,55 picogrammes. Un très petit fait, mais obtenu avec une très grande précision.

Même la vie microscopique a un poids, et maintenant nous savons comment le mesurer

Ces expériences, même si elles sont éloignées dans le temps et dans la méthode, ont une chose en commun: ils montrent que la physique peut rendre l'invisible visible. Juste une sphère qui tombe dans l'eau ou un petit tube qui vibre pour ouvrir une fenêtre sur un petit monde.

Les cellules ne sont pas seulement des concepts abstraits ou des chiffres sur les livres de biologie. Ce sont de vrais corps, avec du poids, de la forme et du volume. Et aujourd'hui, nous pouvons les étudier, les mesurer et les comprendre même lorsqu'ils semblent sous l'image de l'imaginable. La vie, même sous sa forme plus petite, laisse une empreinte en béton. Et c'est cette empreinte que la science, avec patience et ingéniosité, parvient à révéler.

Source: Nature