Zkoumání světa na molekulární úrovni je obtížné. Ale snažit se soustředit na molekuly v pohybu je ještě náročnější úkol. Letošní Nobelova cena za chemii vyznamenává práci tří vědců, kteří vyvinuli techniku, jak bleskově zmrazit drobné stavební kameny života a studovat je zblízka.
Související obsah
- Muž, který vynalezl nitroglycerin, byl zděšen dynamitem
V chemii se struktura často silně vztahuje k funkci molekuly, a tak při důkladném zkoumání struktur, které tvoří všechny životní dráhy - od virů po rostliny k lidem - mohou být vědci schopni pracovat na lepších léčbách a léčbě nemocí.
„Obrázek je klíčem k porozumění, “ uvádí tisková zpráva Královské švédské akademie věd o vyhlášení ceny.
Od 30. let umožňují elektronové mikroskopy - ve kterých se paprsky elektronů používají k zobrazení drobných detailů objektů - vědcům možnost nahlédnout do nejmenších částí našeho světa. Tato technologie však není ideální, pokud jde o studium struktur živých organismů, uvádí Laurel Hamersová pro Science News .
Aby elektronový mikroskop správně fungoval, musí být vzorek ve vakuu, které vysychá živé tkáně a může zkreslit některé struktury, které vědci doufají studovat. Vzorek je také bombardován škodlivým zářením. Jiné techniky, jako je rentgenová krystalografie, nemohou zobrazovat život v jeho přirozeném stavu, protože vyžadují, aby molekuly zájmu zůstaly rigidně krystalizovány.
Pro skotského molekulárního biologa Richarda Hendersona byla tato omezení jednoduše nemožná, když se podívali na molekuly, které tvoří živé buňky. Od 70. let 20. století vyvinul techniku pomocí elektronového mikroskopu obraz bílkoviny až na atomovou úroveň, uvádí Erik Stokstad of Science . Mikroskop byl nastaven na nízkou spotřebu, což vytvořilo rozmazaný obraz, který se později mohl upravit na obraz s vyšším rozlišením pomocí opakujících se vzorců molekuly jako vodítka.
Ale co když se vzorky neopakovaly? Zde přišel německý biofyzik Joachim Frank. Vyvinul techniku zpracování, aby vytvořil ostré trojrozměrné obrazy neopakujících se molekul. Fotografoval nízkoenergetické snímky v mnoha různých úhlech a poté pomocí počítače seskupil podobné objekty a zaostřil je a vytvořil 3D model živé molekuly, uvádí Kenneth Chang z New York Times .
Na počátku 80. let švýcarský biofyzik Jacques Dubochet přišel na způsob, jak používat vlhké vzorky pod vakuem elektronového mikroskopu. Zjistil, že dokáže rychle zmrazit vodu kolem organických molekul, které si pod deformujícím tahem vakua zachovaly svůj tvar a strukturu.
Společně tyto techniky „otevřely v podstatě jakýsi nový, dříve nepřístupný prostor strukturální biologie“, řekl Henderson o kryo-elektronové mikroskopii v rozhovoru s Adamem Smithem z Nobel Media.
Od svých objevů se vědci snaží neustále zdokonalovat rozlišení této techniky, což umožňuje ještě podrobnější zobrazení nejmenších organických molekul, uvádí Ben Guarino z Washington Post . Tato technika našla široké využití v molekulární biologii a dokonce i v medicíně. Například v důsledku ničivé epidemie viru Zika byli vědci schopni rychle určit strukturu viru kryo-elektronovou mikroskopií, což může pomoci při přípravě vakcín.
"Tento objev je jako Google Earth pro molekuly, " říká Allison Campbell, prezident American Chemical Society, reportuje Sharon Begley ze STATu. Pomocí této kryoelektronové mikroskopie se nyní mohou vědci přiblížit a prozkoumat nejmenší podrobnosti o životě na Zemi.
