Microscopie confocale. Cotylédons d’Arabidopsis thaliana ou Arabette des dames (Brassicacées), mutant du cytosquelette : comparaison de l’organisation des plans de division. Coloration des parois des cellules à l’iodure de propidium.. © © INRA, BELCRAM Katia

Microscopie : jusqu’où voit-on ?

Par Pascale Mollier
Mis à jour le 03/11/2015
Publié le 07/09/2015

Observer au microscope des organismes vivants, suivre en temps réel le mouvement  de protéines ou de cellules, reconstituer l’image en trois dimensions d’un organe entier, c’est maintenant possible. Toujours plus loin, plus profond, plus rapide, voyage en images dans le monde de la microscopie moderne.

La microscopie, qui regroupe un ensemble d’instruments très différents, est un outil puissant d’investigation des systèmes biologiques.

Des développements récents permettent des observations qui étaient jusqu’ici impossibles.

Ce dossier en présente quelques exemples.

On peut par exemple observer des phénomènes biologiques en temps réel et en trois dimensions, comme l’apparition de bulles d’air au sein des cellules d’un arbre lors du phénomène d’embolie gazeuse. Ou bien filmer le déplacement de cellules immunitaires sur le lieu d’une inflammation chez un animal vivant. On peut reconstituer l’image d'un organe en trois dimensions, et si besoin, le rendre transparent…

Les progrès de la microscopie optique, en particulier, sont spectaculaires en terme de résolution : alors que certains physiciens affirmaient à la fin du 19ième siècle que l’on ne pourrait jamais voir des objets de moins de 200 nm, c’est-à-dire ni les virus, ni a fortiori les protéines, il est possible maintenant de pister le mouvement de chaque molécule de protéine dans une membrane cellulaire végétale ! On est passé du microscope au nanoscope !

Enfin, les techniques microscopiques évoluent vers le haut débit et permettent de comparer un grand nombre de structures, et par exemple, de mettre en évidence et d’explorer l’extraordinaire diversité des films bactériens.

Quelques repères en microscopie

Microscopie optique

Le premier microscope optique est daté du début du 17ième siècle. Grossissement actuel : jusqu’à 2000 fois.

Le principe de base consiste à grossir un objet en l’éclairant à travers une lentille. La microscopie optique offre de nombreuses possibilités en jouant sur l’éclairage (lampes, lasers), les filtres, l’échantillon (marquage de molécules en fluorescence, transparisation de l’échantillon)…ce que ne permet pas la microscopie électronique, qui est par contre beaucoup plus résolutive.

Quelques techniques de microscopie :

  • La microscopie à fluorescence : elle permet de pister des cellules ou des molécules portant un fluorochrome qui émet de la lumière lorsqu’il est excité par une source de photons.

Suivant le mode d’excitation et de réception, on distingue :

  • La microscopie confocale : elle permet de former une image dans chaque plan de l’échantillon et d’en reconstituer après une représentation en trois dimensions.
  • La microscopie biphotonique : elle permet d’aller plus « profond » dans l’échantillon que la microscopie confocale.

 Microscopie électronique

Naissance dans les années 30.

Cette technique illumine l’échantillon grâce à un faisceau d’électrons. Grossissement actuel : jusqu’à 5 millions de fois.

Microscopie à force atomique 

Naissance de la technique en 1981 (prix Nobel de physique en 1986).

Cette technique permet de cartographier le relief (nano-topographie) en balayant la surface à imager à l'aide d'une pointe très fine.

 Microtomographie aux rayons X

Cette technique d’imagerie se base sur la propriété de la matière à absorber les rayons X qui la traversent en fonction de la nature et de la densité de ses constituants. Elle permet de reconstituer l’image de la structure interne en trois dimensions de l’objet.

Remerciements

Pierre Ardenot, Eric Badel, Romain Briandet, Cédric Gaillard, Brigitte Gaillard-Martinie, Christelle Langevin, Doan Luu, Violette Thermes.