Težko je pregledati svet na molekularni ravni. Toda poskusiti se osredotočiti na molekule v gibanju je še bolj zastrašujoča naloga. Letošnja Nobelova nagrada za kemijo časti delo treh znanstvenikov, ki so razvili tehniko za bliskovito zamrznitev drobnih gradnikov življenja in jih od blizu proučevali.
Sorodne vsebine
- Človek, ki je izumil nitroglicerin, je bil zgrožen nad dinamitom
V kemiji se struktura pogosto močno navezuje na delovanje molekule, zato z intimnim pregledom struktur, ki sestavljajo vse življenjske sloge - od virusov do rastlin do ljudi -, bodo raziskovalci lahko prizadevali za boljše zdravljenje in zdravljenje zdravljenja bolezni.
"Slika je ključnega pomena za razumevanje, " je v sporočilu za javnost Kraljevske švedske akademije znanosti razpisalo nagrado.
Od tridesetih let prejšnjega stoletja so elektronski mikroskopi - v katerih se elektronski snopi uporabljajo za prikaz najmanjših podrobnosti predmetov - omogočili znanstvenikom, da si ogledajo najmanjše dele našega sveta. Toda ta tehnologija ni idealna, ko gre za preučevanje zgradb živih organizmov, poroča Laurel Hamers za Science News .
Za pravilno delovanje elektronskega mikroskopa mora biti vzorec v vakuumu, ki izsuši živa tkiva in lahko izkrivlja nekatere strukture, ki jih znanstveniki upajo preučiti. Vzorec je bombardiran tudi s škodljivim sevanjem. Druge tehnike, kot je rentgenska kristalografija, ne morejo prikazati življenja v naravnem stanju, ker zahteva, da molekule, ki jih zanimajo, ostanejo togo kristalizirane.
Za škotskega molekularnega biologa Richarda Hendersona so bile te omejitve preprosto neizvedljive za ogled molekul, ki sestavljajo žive celice. Od 70. let prejšnjega stoletja je razvil tehniko z uporabo elektronskega mikroskopa za slikanje beljakovin do atomske ravni, poroča Erik Stokstad iz Science . Mikroskop je bil nastavljen z majhno močjo, kar je ustvarilo zamegljeno sliko, ki bi jo lahko kasneje predelali v višjo ločljivost z uporabo ponavljajočih se vzorcev molekule.
Kaj pa, če se vzorci ne bi ponavljali? Tu je prišel nemški biofizik Joachim Frank. Razvil je tehniko obdelave, s katero je ustvaril ostre tridimenzionalne slike neprestanih molekul. Slike z nizko močjo je fotografiral pod številnimi različnimi koti, nato pa z računalnikom združil podobne predmete in jih izostril ter ustvaril 3D model žive molekule, poroča Kenneth Chang iz New York Timesa .
V začetku osemdesetih let je švicarski biofizik Jacques Dubochet izumil način uporabe vlažnih vzorcev pod vakuumom elektronskega mikroskopa. Ugotovil je, da lahko hitro zamrzne vodo okoli organskih molekul, ki so ohranile svojo obliko in strukture pod izkrivljajočim potegom vakuuma.
Skupaj so te tehnike "v bistvu odprle nekakšno novo, prej nedostopno področje strukturne biologije", je v intervjuju z Adamom Smithom iz Nobel Media dejal Henderson o krioelektronski mikroskopiji.
Znanstveniki so od svojih odkritij neprestano izpopolnjevali ločljivost te tehnike, kar je omogočilo še podrobnejše slike najmanjših organskih molekul, poroča Ben Guarino iz Washington Posta . Tehnika je našla široko uporabo v molekularni biologiji in celo v medicini. Na primer, po uničujoči epidemiji virusa Zika so raziskovalci lahko s krioelektronsko mikroskopijo hitro določili strukturo virusa, kar lahko pomaga pri izdelavi cepiv.
"To odkritje je podobno kot Google Earth za molekule, " pravi Allison Campbell, predsednica Ameriškega kemijskega društva, poroča Sharon Begley iz STAT-a. S pomočjo te krioelektronske mikroskopije lahko zdaj raziskovalci povečate, da preučite najtanjše podrobnosti življenja na Zemlji.
