À l'intérieur de chaque cellule, il existe un réseau de fins tubes, les microtubules. Ils jouent à la fois le rôle d'échafaudage et de rails : ils maintiennent la forme de la cellule et transportent des cargaisons. Ces tubes sont assemblés à partir de la protéine tubuline et émettent naturellement une faible fluorescence sous ultraviolets. Les scientifiques se sont demandé : peut-on renforcer ou atténuer cette lueur à volonté ?
La clé du contrôle réside dans l'acide aminé tryptophane. Il absorbe les ultraviolets et les réémet sous forme de lumière visible. Dans les microtubules, les tryptophanes sont situés à la surface et interagissent entre eux : s'ils sont disposés de manière dense et régulière, la fluorescence est plus intense ; s'ils sont dispersés et agités, elle est plus faible. Les auteurs ont modélisé sur ordinateur comment la réorganisation des tryptophanes modifie la fluorescence, puis ont vérifié leurs prédictions par des expériences sur la protéine issue de cellules de porc. Il s'avère que l'assemblage des molécules de tubuline en tubes renforce la fluorescence lorsqu'on les irradie avec une lumière de 280 nanomètres de longueur d'onde. En revanche, si l'on ajoute du tryptophane libre dans la solution, il éteint la fluorescence des tubes, comme un bruit parasite dans un orchestre.
L'objectif pratique est d'apprendre à intégrer des marqueurs fluorescents directement dans le cytosquelette. De tels tubes pourraient servir de capteurs : par exemple, changer de luminosité en présence d'une substance spécifique ou lors de la destruction de la cellule. C'est un pas vers la « photonique vivante », c'est-à-dire des dispositifs qui fonctionnent avec des protéines plutôt qu'avec du silicium.
Les microtubules sont si fins que leur diamètre est 10 000 fois plus petit que l'épaisseur d'un cheveu humain, mais ils résistent à la compression et à l'étirement comme des piliers d'acier d'un pont.
Dans le film « Le Voyage fantastique », les héros voyagent à l'intérieur du corps humain — des microtubules fluorescents pourraient y servir de système d'alarme.