Maailman tarkastelu molekyylitasolla on vaikeaa. Mutta yrittää keskittyä liikkeessä oleviin molekyyleihin on vieläkin pelottavampi tehtävä. Tämän vuoden kemiallisella Nobel-palkinnolla kunnioitetaan kolmen tutkijan työtä, jotka ovat kehittäneet tekniikan, jolla jäädytetään elämän pienimuotoiset rakennuspalikat ja tutkitaan niitä läheltä.
Asiaan liittyvä sisältö
- Dynaamiitti kauhistutti mies, joka keksi nitroglyseriinin
Kemiassa rakenne liittyy usein voimakkaasti molekyylin toimintaan, ja tutkimalla siis perusteellisesti rakenteita, jotka muodostavat kaiken elämän osan - viruksista kasveihin ihmisiin - tutkijat voivat pyrkiä parempiin sairauksien hoitomuotoihin ja parannuskeinoihin.
"Kuva on avain ymmärrykseen", toteaa Ruotsin kuninkaallisen tiedeakatemian palkinnon ilmoittavan lehdistötiedotteen mukaan.
1930-luvulta lähtien elektronimikroskoopit - joissa elektronien säteitä käytetään kuvaamaan esineiden pieniä yksityiskohtia - ovat antaneet tutkijoille mahdollisuuden vilkaista maailman pienimpiä osia. Mutta tämä tekniikka ei ole ihanteellinen, kun kyse on elävien organismien rakenteiden tutkimisesta, kertoo Laurel Hamers Science News .
Jotta elektronimikroskooppi toimisi kunnolla, näytteen on oltava tyhjiössä, joka kuivaa elävät kudokset ja voi vääristää joitain rakenteita, joita tutkijat toivovat tutkivan. Näytettä pommitetaan myös haitallisella säteilyllä. Muut tekniikat, kuten röntgenkristallografia, eivät voi kuvata elämää luonnollisessa tilassaan, koska se edellyttää mielenkiinnon kohteena olevien molekyylien pysyvän jäykästi kiteytyneinä.
Skotlantilaisen molekyylibiologin Richard Hendersonin kannalta nämä rajoitukset olivat yksinkertaisesti toimimattomia tarkastella molekyylejä, jotka muodostavat eläviä soluja. 1970-luvulta lähtien hän kehitti elektronimikroskooppia käyttävän tekniikan kuvantaakseen proteiinin atomitasolle, raportoi Erik Stokstad of Science . Mikroskooppi asetettiin pienitehoiseksi, mikä loi epäselvän kuvan, joka voitiin myöhemmin muokata korkeamman resoluution kuvaksi käyttämällä molekyylin toistuvia kuvioita ohjeena.
Mutta entä jos näytteet eivät olisi toistuvia? Sieltä tuli saksalainen biofyysikko Joachim Frank. Hän kehitti prosessointitekniikan, jolla luodaan terävät kolmiulotteiset kuvat ei-toistuvista molekyyleistä. Hän otti pienitehoisia kuvia monista eri kulmista ja käytti sitten tietokonetta ryhmittelemään samanlaisia esineitä ja terävöittämään niitä luomaan 3D-mallin elävästä molekyylistä, raportoi Kenneth Chang New York Timesista .
1980-luvun alkupuolella sveitsiläinen biofyysikko Jacques Dubochet keksi tavan käyttää kosteita näytteitä elektronimikroskoopin tyhjiössä. Hän huomasi pystyvänsä nopeasti jäädyttämään vettä orgaanisten molekyylien ympärillä, mikä säilytti niiden muodon ja rakenteen tyhjiön vääristävän vedon alla.
Yhdessä nämä tekniikat ovat "avanneet olennaisesti eräänlaisen uuden, aikaisemmin saavuttamattoman rakennebiologian alueen", Henderson kertoi kryoelektronimikroskopiasta haastattelussa Nobel Median Adam Smithin kanssa.
Löytöstään lähtien tutkijat ovat pyrkineet jatkuvasti parantamaan tämän tekniikan resoluutiota mahdollistaen vielä yksityiskohtaisempien kuvien esittämisen pienimmistä orgaanisista molekyyleistä, raportoi Ben Guarino Washington Postista . Tekniikka on löytänyt laajan käytön molekyylibiologiassa ja jopa lääketieteessä. Esimerkiksi tuhoisan Zika-virusiepidemian seurauksena tutkijat pystyivät nopeasti tunnistamaan viruksen rakenteen kryoelektronimikroskopialla, joka voi auttaa työskentelemään rokotteiden valmistuksessa.
"Tämä löytö on kuin Google Earth molekyyleille", sanoo American Chemical Society: n presidentti Allison Campbell, STAT: n Sharon Begley. Tätä kryoelektronimikroskopiaa käyttämällä tutkijat voivat nyt lähentää kuvaa tutkiakseen pienimmät maapallon elämän yksityiskohdat.
