Proučavanje svijeta na molekularnoj razini je teško. Ali pokušaj fokusiranja na molekule u pokretu još je strašniji zadatak. Ovogodišnja Nobelova nagrada za kemiju odaje počast radu trojice znanstvenika koji su razvili tehniku da brzo zamrznu sitne građevne blokove života i prouče ih izbliza.
Povezani sadržaj
- Čovjek koji je izmislio nitroglicerin bio je zgrožen dinamitom
U kemiji, struktura se često jako odnosi na funkciju molekule, pa intimnim ispitivanjem struktura koje čine sve slojeve života - od virusa do biljaka do ljudi - istraživači mogu raditi na boljem liječenju i liječenju bolesti.
"Slika je ključ za razumijevanje", navodi se u priopćenju Kraljevske švedske akademije znanosti koje najavljuje nagradu.
Od 1930-ih elektronski mikroskopi - u kojima se snopovi elektrona koriste za prikaz sitnih detalja predmeta - omogućili su znanstvenicima da pogledaju i najmanje dijelove našeg svijeta. Ali ova tehnologija nije idealna kada je u pitanju proučavanje strukture živih organizama, izvještava Laurel Hamers za Science News .
Da bi elektronski mikroskop pravilno funkcionirao, uzorak mora biti u vakuumu, koji isušuje živa tkiva i može iskriviti neke strukture koje se znanstvenici nadaju. Uzorak je također bombardiran štetnim zračenjem. Druge tehnike, poput rentgenske kristalografije, ne mogu zamisliti život u svom prirodnom stanju jer zahtijeva da molekule od interesa ostanu kruto kristalizirane.
Za škotskog molekularnog biologa Richarda Hendersona, ta su ograničenja bila jednostavno neizvediva u pogledu molekula koje čine žive stanice. Počevši od 1970-ih, razvio je tehniku pomoću elektronskog mikroskopa za sliku proteina do atomske razine, izvještava Erik Stokstad iz Science . Mikroskop je postavljen na malu snagu, što je stvorilo mutnu sliku koja bi se kasnije mogla uređivati u sliku veće rezolucije koristeći ponavljajuće uzorke molekule kao vodiča.
Ali što ako se uzorci ne ponavljaju? Tu je došao njemački biofizičar Joachim Frank. Razvio je tehniku obrade kako bi stvorio oštre trodimenzionalne slike molekula koje se ne ponavljaju. Snimio je slike male snage pod različitim kutovima, a zatim je pomoću računala grupirao slične predmete i izoštravao ih stvarajući 3D model žive molekule, izvještava Kenneth Chang iz New York Timesa .
Švicarski biofizičar Jacques Dubochet ranih 1980-ih smislio je način korištenja vlažnih uzoraka pod vakuumom elektronskog mikroskopa. Otkrio je da može brzo zamrznuti vodu oko organskih molekula, koje su zadržale svoj oblik i strukture pod izkrivljavanjem vakuuma.
Ove tehnike zajedno su "otvorile suštinski novo, prethodno nepristupačno područje strukturne biologije", rekao je Henderson za krioelektronsku mikroskopiju u intervjuu s Adamom Smithom iz Nobel Media.
Od svojih otkrića, znanstvenici su radili na neprekidnom usavršavanju razlučivosti ove tehnike, omogućujući još detaljnije slike najmanjih organskih molekula, izvještava Ben Guarino iz Washington Posta . Tehnika je našla široku primjenu u molekularnoj biologiji, pa čak i u medicini. Na primjer, nakon razorne epidemije virusa Zika, istraživači su uspjeli brzo utvrditi strukturu virusa krioelektronskom mikroskopijom, što može pomoći u proizvodnji cjepiva.
„Ovo je otkriće poput Google Earth za molekule“, kaže Allison Campbell, predsjednica Američkog kemijskog društva, a izvještava Sharon Begley iz STAT-a. Koristeći ovu krioelektronsku mikroskopiju, istraživači sada mogu zumirati kako bi ispitali najsitnije detalje života na Zemlji.
