Les scientifiques ont développé une technique d'imagerie révolutionnaire qui dévoile l'architecture interne complexe du plancton, les centrales microscopiques des océans. Utilisant la microscopie d'expansion d'ultrastructure, les chercheurs ont visualisé plus de 200 espèces marines pour la première fois, cartographiant les schémas évolutifs dans leurs squelettes cellulaires. Ce travail, issu d'une collaboration à l'ère de la pandémie, lance un atlas mondial de la diversité du plancton.
Le plancton, qui produit une grande part de l'oxygène de la planète et forme la base de la chaîne alimentaire océanique, comprend des dizaines de milliers d'espèces diverses, dont beaucoup restent à découvrir. Les protistes, de minuscules organismes unicellulaires jouant des rôles évolutifs importants, étaient auparavant étudiés principalement par des données génétiques en raison des limitations d'imagerie de leurs structures internes complexes.
La percée a commencé pendant la pandémie de COVID-19 lorsque Gautam Dey, chef de groupe à l'EMBL, a reçu un appel Zoom de sa collaboratrice Omaya Dudin, alors à l'EPFL. Dudin avait adapté la microscopie d'expansion pour pénétrer les parois cellulaires résistantes d'Ichthyosporea, un protiste marin lié aux animaux et aux champignons. Initialement développée au MIT, la technique a été affinée en microscopie d'expansion d'ultrastructure (U-ExM) par Paul Guichard et Virginie Hamel à l'Université de Genève, rendant les parois cellulaires perméables pour une observation claire.
Ce succès a stimulé une collaboration de trois ans entre Dey, Dudin, Guichard et Hamel. Liée à l'expédition Traversing European Coastlines (TREC) menée par l'EMBL, leur recherche, publiée dans Cell le 1er novembre 2025 (DOI : 10.1016/j.cell.2025.09.027), a examiné plus de 200 espèces de plancton, en se concentrant sur les eucaryotes.
L'échantillonnage a eu lieu à Roscoff, à la Station Biologique de Roscoff en France, où l'équipe a accédé à plus de 200 espèces, et à Bilbao, en Espagne. « Nous avons passé trois jours et trois nuits à fixer ces échantillons. C'était un trésor que nous ne pouvions pas laisser filer », a déclaré le co-auteur principal Felix Mikus, actuellement postdoc dans le laboratoire de Dudin à l'Université de Genève.
La microscopie d'expansion intègre les échantillons dans un gel qui se dilate jusqu'à 16 fois tout en préservant les structures, contournant les limites de résolution de la microscopie optique. « Combinée aux méthodes classiques de microscopie optique, la microscopie d'expansion permet aux scientifiques de surmonter les barrières de longueur d'onde standard qui limitent la taille minimale d'une structure résolue par la microscopie optique », ont déclaré Guichard et Hamel.
L'étude a cartographié le cytosquelette, y compris les microtubules et les centrines, à travers les groupes eucaryotes. « Nous avons pu cartographier les caractéristiques de l'organisation des microtubules et des centrines dans de nombreux groupes eucaryotes différents », a expliqué la co-auteure principale Hiral Shah, fellow postdoctorale EIPOD à l'EMBL. Cela permet des prédictions évolutives, comme chez les dinoflagellés.
« U-ExM transforme la façon dont nous explorons l'ultrastructure des protistes », a déclaré le co-auteur principal Armando Rubio Ramos de l'Université de Genève. Les résultats relient les données moléculaires et l'organisation physique, suggérant comment la complexité cellulaire a évolué.
Avec une subvention de 2 millions de CHF de la Moore Foundation et Thomas Richards de l'Université d'Oxford, l'équipe avance PlanExM. « Nos aventures avec la microscopie d'expansion ne font que commencer », a déclaré Dey. « La prochaine étape est d'examiner plus en profondeur certaines espèces... comme comprendre comment la mitose et la multicellularité ont évolué », a ajouté Dudin.