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Jun 28, 2023

Des slimes aux protéines cellulaires

La recherche de premier cycle de Dionne a examiné comment la moisissure visqueuse Physarum

La recherche de premier cycle de Dionne a examiné comment la moisissure visqueuse Physarum polycephalum

Max Prigozhin n'a pas su quoi penser lorsqu'il a vu la recherche de thèse de premier cycle d'Adam Dionne. Dionne avait passé sa dernière année au Williams College dans l'ouest du Massachusetts à étudier une moisissure visqueuse appelée Physarum polycephalum et avait envoyé des images de ses recherches dans sa candidature pour rejoindre le laboratoire de biophysique de Prigozhin à Harvard.

"Je me souviens m'être demandé, est-ce une sorte de signe cryptique sur la tombe d'un pharaon égyptien ? Est-ce une carte d'un jeu vidéo ? Est-ce un paysage de désert martien ?" a déclaré Prigozhin, professeur adjoint de biologie moléculaire et cellulaire et de physique appliquée à la Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS). "C'était tellement bizarre et inhabituel, alors j'ai appelé Adam pour discuter avec lui de son travail, et c'est comme ça que tout a commencé."

Dionne est maintenant doctorante en première année. candidat en physique appliquée dans le laboratoire de Prigozhin. Son premier semestre à SEAS et à la Harvard Graduate School of Arts and Sciences a commencé sur une bonne note, puisque ses recherches de premier cycle ont été sélectionnées pour le prestigieux prix Leroy Apker. Présenté chaque année par l'American Physical Society, le prix récompense un étudiant de premier cycle non titulaire d'un doctorat. établissement subventionnaire - comme Williams - et un d'un doctorat. institution subventionnaire pour des réalisations exceptionnelles en physique.

Au cours de l'été, Dionne a présenté son travail à un panel de juges de l'American Physical Society. "Ce qui était très nouveau, c'était de parler si intimement avec des physiciens de pointe, très expérimentés et qui font de la recherche depuis des décennies, et de les avoir tellement intéressés par mon travail et de parler presque plus comme des collègues", a déclaré Dionne.

Dionne a étudié les processus par lesquels Physarum polycephalum se nourrit puis distribue les nutriments dans tout son système. Les organismes biologiques plus grands qu'une cellule ont besoin d'un processus de transport actif pour les nutriments, comme le système vasculaire humain qui pompe le sang dans tout le corps. Le système vasculaire humain utilise également un organe central, le cœur, pour alimenter l'ensemble du processus.

Physarum polycephalum n'a pas d'organe centralisé. Dionne et ses conseillers, Henrik Ronellenfitsch et Katharine Jensen, ont étudié comment la moisissure visqueuse s'auto-organise de manière décentralisée pour transporter les nutriments à travers une série de tubes, chacun pompant seul.

"J'ai trouvé l'organisme incroyablement intéressant", a déclaré Dionne. "C'était si simple. Il n'avait pas de système nerveux. Il était unicellulaire mais avait la taille d'une boîte de Pétri. Avant la recherche, j'avais travaillé sur les mathématiques, la physique et un peu d'informatique. Ce projet exploite vraiment tous ces outils pour étudier un système biologique très intéressant, donc c'était un travail très amusant pour moi."

Adam Dionne, Ph. D. candidat en physique appliquée

La recherche de premier cycle de Dionne s'appuyait sur de multiples disciplines scientifiques et mathématiques et nécessitait une gamme de compétences théoriques, informatiques et expérimentales. Cette approche multidisciplinaire fait partie de ce qui l'a amené à Harvard et au groupe Prigozhin en particulier.

"Le laboratoire de Max et tous les membres de son laboratoire, ce sont tous des gens phénoménaux qui étaient évidemment des scientifiques de grande qualité passionnés par leur travail", a déclaré Dionne. "J'aime le fait que son laboratoire ne se compose pas seulement de 10 physiciens. Il compte des physiciens, des mathématiciens, des bioingénieurs, des ingénieurs électriciens - un ensemble de compétences diversifiées dans lesquelles vous pouvez puiser pour essayer de résoudre ces problèmes vraiment difficiles."

Aujourd'hui, Dionne étudie comment les cellules incorporent des signaux externes à l'aide de protéines appelées récepteurs couplés aux protéines G (GPCR), qui sont situées sur les membranes cellulaires externes.

"La dynamique des GPCR évolue avec le temps lorsqu'ils sont stimulés par une molécule de signalisation. Cette dynamique a existé dans un angle mort pour les biologistes car il s'agit d'une très petite protéine et d'un processus très rapide", a déclaré Dionne. "C'est très difficile à sonder, donc Max a développé un nouvel outil biophysique qui vous permet de sonder ce régime de petites dynamiques rapides."

L'outil de Prigozhin utilise un processus appelé cryo-vitrification, qui gèle la cellule à un moment précis après la stimulation. Avec suffisamment de cellules congelées, il devient possible de voir l'intégralité du cycle de signalisation cellulaire.

"Nous créons un flipbook de signalisation cellulaire que vous voulez pouvoir reconstituer et analyser", a déclaré Dionne. "C'est une prochaine étape assez naturelle pour prendre les deux parties que je faisais dans mon travail de premier cycle et les faire vraiment progresser. Je faisais un travail informatique, et je faisais un travail expérimental léger, et j'intensifie les deux domaines et l'applique à un problème plus difficile qui a beaucoup d'impact. C'est un processus vraiment agréable d'approfondir vraiment les deux domaines et de tirer parti de mes expériences passées. "

En tant que doctorat de première année. étudiant, Dionne sait qu'il commence tout juste à découvrir tout ce que SEAS et Harvard ont à offrir.

"Adam est un jeune physicien très prometteur", a déclaré Prigozhin. "Il possède un ensemble de compétences uniques qui combine une compréhension biologique approfondie avec une modélisation mathématique rigoureuse. Dans mon groupe, Adam s'appuie sur ses compétences théoriques, tout en les complétant par la connaissance de l'instrumentation et de la mesure biophysiques - une puissante combinaison d'expertise qui permettra à Adam d'aborder des questions centrales en biophysique et, espérons-le, de servir de rampe de lancement pour la future carrière scientifique d'Adam."

Matt Goisman | [email protected]