Comprendre les membranes du vivant par la chaleur

La vie repose sur de la matière en mouvement. À l’intérieur de nos cellules, des molécules se déplacent, se reconnaissent et interagissent en permanence. Un peu comme dans une foule compacte où tout le monde bouge en même temps, ces mouvements sont nombreux et difficiles à démêler. Les physiciens tentent de comprendre cette complexité en identifiant des principes organisateurs simples qui expliquent ce que de nombreux processus ont en commun.

L’un de ces principes est que la vie dépend des frontières. Chaque cellule vivante est entourée d’une membrane, faite de molécules grasses appelées lipides, qui sépare l’intérieur de l’extérieur tout en permettant les échanges et la communication.

Ces membranes lipidiques sont loin d’être statiques. Elles se renouvellent en permanence : les molécules lipidiques peuvent lentement passer d’une membrane à une autre. Ce processus joue un rôle dans la communication cellulaire, le remodelage des membranes, l’entrée des virus et le fonctionnement des vecteurs médicamenteux à base de lipides.

Pendant longtemps, il était impossible de prédire la vitesse de ces échanges. Dans un article publié dans Small, des chercheurs du laboratoire EST de l’Université libre de Bruxelles, dirigés par Patricia Losada-Pérez et Simone Simon Napolitano (Faculté des Sciences) ont montré que la dynamique des membranes peut être résumée par une seule grandeur thermodynamique mesurable : l’ampleur avec laquelle une membrane s’étire lorsqu’elle est légèrement chauffée.

Cette propriété renseigne à la fois sur la facilité avec laquelle la membrane se réorganise et sur la vitesse des échanges moléculaires. L’étude montre en effet que l’échange de lipides n’est pas un simple saut isolé d’une membrane à une autre. Il s’agit d’un processus collectif : un lipide ne peut partir que lorsque de nombreuses molécules voisines se réorganisent ensemble. Comme dans une foule dense, personne ne peut avancer si tout le monde autour reste immobile. Ces échanges se produisent lors de moments rares où la membrane se relâche brièvement, permettant un mouvement coordonné.

Ce comportement est comparable à celui observé dans certains matériaux dits vitreux, comme les plastiques, où les molécules se déplacent par petits mouvements coordonnés. Le modèle utilisé, développé en collaboration avec des théoriciens américains, s’inscrit dans un cadre physique plus large déjà employé dans la physique de la matière molle. Appliquer pour la première fois cette approche à des molécules au cœur des processus biologiques ouvre la voie à son extension à d’autres mécanismes biologiques.