Skip to main content

Article Category

Wiadomości

Article available in the folowing languages:

Wyznaczanie trendów w nauce: Nagroda Nobla w dziedzinie chemii za mikroskopię krioelektronową obrazującą cząsteczki żywych organizmów

Nagroda Nobla w dziedzinie chemii została przyznana w 2017 r. trzem naukowcom za ich trwały wkład w dziedzinę mikroskopii krioelektronowej. Techniki obrazowania wprowadziły znaczący przełom w strukturach atomowych i biochemii.

Jacques Dubochet, honorowy profesor biofizyki na Uniwersytecie w Lozannie, Joachim Frank, profesor Uniwersytetu Columbia i Richard Henderson, naukowiec i profesor z Laboratorium Biologii Molekularnej MRC w Cambridge zostali uhonorowani Nagrodą Nobla w dziedzinie chemii. Otrzymali ją w uznaniu za „(…) rozwijanie mikroskopii kiroelektronowej z zamiarem ustalania w wysokiej rozdzielczości struktury biocząsteczek w roztworze”. Dekady przełomowych prac przed osiągnięciem w 2013 r. rozdzielczości atomowej W pierwszej analizie cząstek biologicznych zastosowano tradycyjne techniki mikroskopowe, które niewiele ujawniły na temat dynamiki i budowy atomowej białek. Nie było możliwości analizowania żywych komórek pod mikroskopem elektronowym, gdyż naukowcy obawiali się, że wiązki elektronów zniszczą delikatny materiał biologiczny. Inna metoda, wykorzystująca krystalografię rentgenowską, mogłaby zostać zastosowana jedynie do badania próbek stanu sztywnego. Między 1975 r. a 1986 r. technika ewoluowała. Joachim Frank sprawił, że technologia znalazła ogólne zastosowanie, dzięki opracowaniu metody przetwarzania obrazów, która przekształca nieostre obrazy 2D mikroskopii elektronowej w wyraźny model 3D. Na początku lat 80. XX w., Jacques Dubochet opracował metodę szybkiego zamrażania, dzięki której biocząsteczki zachowywały swój pierwotny kształt. Profesor Dubochet uczestniczył także w pracach nad finansowanym ze środków UE projektem 3D-EM (2004–2009), który otrzymał wsparcie w wysokości 10 mln EUR. Projekt koncentrował się na opracowaniu nowej mikroskopii elektronowej do badania kompleksów białkowych i supramolekularnej architektury komórkowej. W roku 1990, Richard Henderson zrewolucjonizował technikę mikroskopii krioelektronowej za pomocą lepszych detektorów do mikroskopów elektronowych oraz lepszego oprogramowania do analizy obrazów i prezentowania obrazów 3D białek w rozdzielczości atomowej. Profesor Henderson był także zaangażowany w finansowany ze środków UE projekt INSTRUCT (2008–2011), który otrzymał wsparcie unijne w wysokości 4,5 mln EUR na budowanie infrastruktury badań biologii strukturalnej. Od tamtej pory rozdzielczość mikroskopii elektronowej została zoptymalizowana i znacznie się poprawiła, od pokazywania bezkształtnych plamek po wizualizację białek w rozdzielczości atomowej. Bez ograniczeń Mikroskopia krioelektronowa umożliwia obecnie naukowcom badanie wszystkich struktur na poziomie atomowym, który był dotychczas dla ludzkiego oka niewidoczny. Od obrazów 3D enzymu wytwarzającego amyloid w chorobie Alzheimera po powierzchnię wirusa Zika. Naukowcy są nawet teraz w stanie zmontować sekwencje filmowe procesów biologicznych, wykonując zdjęcia migawkowe tego samego systemu na różnych etapach w czasie. Zgromadzenie Noblowskie przy Karolinska Institutet tak uzasadniło swój wybór i jego ogólne znaczenie dla ludzkości: „Obraz ma kluczowe znaczenie dla zrozumienia. Przełomowe osiągnięcia naukowe często opierają się na udanej wizualizacji obiektów niewidocznych dla ludzkiego oka. Na mapach biochemicznych utrzymywały się jednak białe plamy, dlatego że dostępna technologia miała trudności z generowaniem obrazów większości mechanizmów molekularnych żywych organizmów. Mikroskopia krioelektronowa to wszystko zmienia. Naukowcy mogą teraz zamrażać biocząsteczki w ruchu i wizualizować procesy, których nigdy dotychczas nie widziano, co ma decydujące znaczenie zarówno dla elementarnego zrozumienia chemii organizmów żywych, jak i opracowywania farmaceutyków”.

Kraje

Szwajcaria, Zjednoczone Królestwo, Stany Zjednoczone