Démêler un monde biomoléculaire complexe avec une résolution à molécule unique

Les systèmes biologiques reposent sur un mélange complexe et précisément contrôlé de biomolécules pour maintenir la vie telle que nous la connaissons. En plus de leur hétérogénéité compositionnelle, les biomolécules individuelles subissent des réarrangements dynamiques pour remplir leur fonction cellulaire : elles se déplacent, interagissent de manière réversible et alternent entre plusieurs conformations. Démêler ces complexités compositionnelles et dynamiques des systèmes biologiques représente un défi considérable pour les techniques d'ensemble établies. Dans cette revue, nous discutons de deux techniques à molécule unique – enregistrements par nanopore et mesures de Transfert d'Énergie de Résonance de Förster à molécule unique (smFRET) – et mettons en lumière leur capacité puissante à déchiffrer les mélanges et à résoudre les dynamiques biomoléculaires avec la résolution ultime de molécules uniques. Les applications vont de l'identification de l'immense espace de séquence peuplé par les acides nucléiques et des stœchiométries observées dans les petites molécules messagères, à la détection de conformations et d'interactions temporellement variables de grandes protéines multi-domaines. Cette revue non exhaustive vise à introduire des lecteurs non experts aux avantages uniques des expériences à molécule unique, qui peuvent surmonter les limitations d'ensemble et de moyenne temporelle ainsi que de gamme dynamique, et donc offrir des descriptions quantitatives uniques des mécanismes biomoléculaires intriguants trouvés en nous et autour de nous.