Badanie świata na poziomie molekularnym jest trudne. Ale próba skupienia się na cząsteczkach w ruchu jest jeszcze trudniejszym zadaniem. Tegoroczna Nagroda Nobla w dziedzinie chemii uhonorowała pracę trzech naukowców, którzy opracowali technikę błyskawicznego zamrażania maleńkich budulców życia i studiowania ich z bliska.
powiązana zawartość
- Człowiek, który wynalazł nitroglicerynę, był przerażony dynamitem
W chemii struktura często silnie wiąże się z funkcją cząsteczki, a zatem poprzez dokładne zbadanie struktur, które składają się na wszystkie ścieżki życia - od wirusów przez rośliny po ludzi - naukowcy mogą być w stanie pracować nad lepszymi metodami leczenia i leczenia chorób.
„Obraz jest kluczem do zrozumienia”, zgodnie z komunikatem prasowym Royal Swedish Academy of Sciences ogłaszającym nagrodę.
Od lat 30. XX wieku mikroskopy elektronowe - w których wiązki elektronów są wykorzystywane do obrazowania najdrobniejszych szczegółów obiektów - pozwoliły naukowcom dostrzec nawet najmniejsze części naszego świata. Jednak ta technologia nie jest idealna, jeśli chodzi o badanie struktur żywych organizmów, donosi Laurel Hamers dla Science News .
Aby mikroskop elektronowy działał poprawnie, próbka musi znajdować się w próżni, która wysusza żywe tkanki i może zniekształcić niektóre struktury, które naukowcy zamierzają zbadać. Próbka jest również bombardowana szkodliwym promieniowaniem. Inne techniki, takie jak krystalografia rentgenowska, nie mogą obrazować życia w jego naturalnym stanie, ponieważ wymagają, by cząsteczki będące przedmiotem zainteresowania pozostały sztywno skrystalizowane.
Dla szkockiego biologa molekularnego Richarda Hendersona ograniczenia te były po prostu niewykonalne, aby przyjrzeć się cząsteczkom tworzącym żywe komórki. Począwszy od lat siedemdziesiątych opracował technikę mikroskopu elektronowego do obrazowania białka aż do poziomu atomowego, informuje Erik Stokstad z Science . Mikroskop ustawiono na małą moc, co spowodowało powstanie rozmytego obrazu, który można było później edytować na obraz o wyższej rozdzielczości, wykorzystując powtarzalne wzory cząsteczki jako wskazówki.
Ale co jeśli próbki nie byłyby powtarzalne? Właśnie tam wszedł niemiecki biofizyk Joachim Frank. Opracował technikę przetwarzania w celu stworzenia ostrych trójwymiarowych obrazów niepowtarzalnych cząsteczek. Zrobił zdjęcia małej mocy pod różnymi kątami, a następnie użył komputera do grupowania podobnych obiektów i wyostrzania ich, tworząc model 3D żywej cząsteczki, donosi Kenneth Chang z New York Times .
Na początku lat osiemdziesiątych szwajcarski biofizyk Jacques Dubochet wymyślił sposób użycia wilgotnych próbek pod próżnią mikroskopu elektronowego. Odkrył, że może szybko zamrozić wodę wokół cząsteczek organicznych, które zachowały ich kształt i strukturę pod zniekształcającym działaniem próżni.
Razem techniki te „otworzyły zasadniczo rodzaj nowego, wcześniej niedostępnego obszaru biologii strukturalnej”, powiedział Henderson o mikroskopii krioelektronicznej w wywiadzie dla Adama Smitha z Nobel Media.
Od czasu swoich odkryć naukowcy pracują nad ciągłym doskonaleniem rozdzielczości tej techniki, umożliwiając jeszcze bardziej szczegółowe obrazy najmniejszych cząsteczek organicznych, informuje Ben Guarino z Washington Post . Technika znalazła szerokie zastosowanie w biologii molekularnej, a nawet w medycynie. Na przykład po niszczycielskiej epidemii wirusa Zika badacze byli w stanie szybko określić strukturę wirusa za pomocą mikroskopii krioelektronowej, która może pomóc w opracowaniu szczepionek.
„To odkrycie jest jak Google Earth dla cząsteczek”, mówi Allison Campbell, prezes American Chemical Society, informuje Sharon Begley z STAT. Korzystając z tej mikroskopii krioelektronowej, badacze mogą teraz powiększyć obraz, aby zbadać najdrobniejsze szczegóły życia na Ziemi.
