Η διερεύνηση του κόσμου σε μοριακό επίπεδο είναι δύσκολη. Αλλά προσπαθώντας να επικεντρωθούμε σε μόρια σε κίνηση είναι ακόμη πιο δύσκολο έργο. Το φετινό βραβείο Νόμπελ Χημείας τιμά το έργο τριών επιστημόνων που ανέπτυξαν μια τεχνική για να παγώσουν τα μικροσκοπικά δομικά στοιχεία της ζωής και να τα μελετήσουν κοντά.
σχετικό περιεχόμενο
- Ο άνθρωπος που ανέλυσε τη νιτρογλυκερίνη ενοχλήθηκε από τη δυναμίτη
Στη χημεία, η δομή συχνά σχετίζεται έντονα με τη λειτουργία ενός μορίου και έτσι εξετάζοντας στενά τις δομές που απαρτίζουν όλα τα κοινωνικά στρώματα - από τους ιούς έως τα φυτά στον άνθρωπο - οι ερευνητές μπορεί να είναι σε θέση να εργαστούν για καλύτερες θεραπείες και θεραπείες για ασθένειες.
"Μια εικόνα είναι ένα κλειδί για την κατανόηση", σύμφωνα με το ανακοινωθέν τύπου της Royal Swedish Academy of Sciences που ανακοινώνει το βραβείο.
Από τη δεκαετία του 1930, τα ηλεκτρονικά μικροσκόπια - στα οποία χρησιμοποιούνται δέσμες ηλεκτρονίων για την απεικόνιση των λεπτών λεπτομερειών των αντικειμένων - επέτρεψαν στους επιστήμονες να δουν τα πολύ μικρότερα μέρη του κόσμου μας. Αλλά αυτή η τεχνολογία δεν είναι ιδανική όταν πρόκειται να μελετήσει τις δομές των ζωντανών οργανισμών, αναφέρει ο Laurel Hamers για την Science News .
Για να λειτουργεί σωστά το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο, το δείγμα πρέπει να βρίσκεται σε κενό, το οποίο στεγνώνει τους ζωντανούς ιστούς και μπορεί να στρεβλώσει ορισμένες από τις δομές που οι επιστήμονες ελπίζουν να σπουδάσουν. Το δείγμα βομβαρδίζεται επίσης με επιβλαβή ακτινοβολία. Άλλες τεχνικές, όπως η κρυσταλλογραφία ακτίνων Χ, δεν μπορούν να απεικονίσουν τη ζωή στη φυσική της κατάσταση, επειδή απαιτούν τα μόρια που ενδιαφέρουν να παραμείνουν άκαμπτα κρυσταλλωμένα.
Για τον σκωτικό μοριακό βιολόγο Richard Henderson, αυτοί οι περιορισμοί ήταν απλώς ανεφάρμοστο για να εξετάσουμε τα μόρια που συνθέτουν τα ζωντανά κύτταρα. Ξεκινώντας τη δεκαετία του '70, ανέπτυξε μια τεχνική χρησιμοποιώντας ένα ηλεκτρονικό μικροσκόπιο για να απεικονίσει μια πρωτεΐνη μέχρι το ατομικό επίπεδο, αναφέρει ο Erik Stokstad της επιστήμης . Το μικροσκόπιο ρυθμίστηκε σε χαμηλή ισχύ, γεγονός που δημιούργησε μια θολή εικόνα, η οποία αργότερα θα μπορούσε να επεξεργαστεί σε μια υψηλότερης ανάλυσης χρησιμοποιώντας τα επαναλαμβανόμενα μοτίβα του μορίου ως οδηγό.
Αλλά τι γίνεται αν τα δείγματα δεν ήταν επαναλαμβανόμενα; Εκεί έρχεται ο Γερμανός βιοφυσικός Joachim Frank. Έχει αναπτύξει μια τεχνική επεξεργασίας για να δημιουργήσει μια απότομη τρισδιάστατη εικόνα μη επαναλαμβανόμενων μορίων. Πήρε τις εικόνες χαμηλής ισχύος σε πολλές διαφορετικές γωνίες και έπειτα χρησιμοποίησε έναν υπολογιστή για να ομαδοποιήσει παρόμοια αντικείμενα και να τους ακονίσει δημιουργώντας ένα τρισδιάστατο μοντέλο του ζωντανού μορίου, αναφέρει ο Kenneth Chang των New York Times .
Στις αρχές της δεκαετίας του '80, ο Ελβετός βιοφυσικός Jacques Dubochet βρήκε έναν τρόπο να χρησιμοποιήσει υγρά δείγματα κάτω από το κενό του ηλεκτρονικού μικροσκοπίου. Βρήκε ότι μπορούσε να παγώσει γρήγορα το νερό γύρω από τα οργανικά μόρια, τα οποία διατήρησαν το σχήμα και τις δομές τους κάτω από την παραμορφωτική έλξη του κενού.
Μαζί, αυτές οι τεχνικές "άνοιξαν ουσιαστικά ένα είδος νέας, προηγουμένως απρόσιτης περιοχής δομικής βιολογίας", δήλωσε ο Henderson της κρυοηλεκτρονικής μικροσκοπίας σε συνέντευξή του στον Adam Smith του Nobel Media.
Από τις ανακαλύψεις τους, οι επιστήμονες εργάστηκαν για να βελτιώσουν συνεχώς την ανάλυση αυτής της τεχνικής, επιτρέποντας ακόμα πιο λεπτομερείς εικόνες των μικρότερων οργανικών μορίων, αναφέρει ο Ben Guarino της Washington Post . Η τεχνική έχει βρει ευρεία χρήση στη μοριακή βιολογία, ακόμα και στην ιατρική. Για παράδειγμα, μετά την καταστροφική επιδημία του ιού Zika, οι ερευνητές κατάφεραν να προσδιορίσουν γρήγορα τη δομή του ιού με κρυο-ηλεκτρονική μικροσκοπία, γεγονός που μπορεί να βοηθήσει στην παραγωγή εμβολίων.
"Αυτή η ανακάλυψη είναι σαν το Google Earth για μόρια", λέει ο Allison Campbell, πρόεδρος της American Chemical Society, αναφέρει ο Sharon Begley του STAT. Χρησιμοποιώντας αυτή τη κρυο-ηλεκτρονική μικροσκοπία, οι ερευνητές μπορούν τώρα να μεγεθύνουν για να εξετάσουν τις πιο λεπτομερείς λεπτομέρειες της ζωής στη Γη.
