Neįmanoma regintys mikroskopai laimėjo Nobelio chemijos premiją

Atskirų atsiminimų formavimąsi smegenų ląstelėje, DNR veikimą ir Alzheimerio ligos plokštelių formavimąsi dabar galime stebėti dėka dviejų amerikiečių ir vieno vokiečio, kurių pasiekimai laimėjo šių metų Nobelio chemijos premiją

Apdovanojimą pasidalino Ericas Betzigas iš Howardo Hugheso Medicinos instituto Ashburne, Virdžinijoje, Williamas „W. E." Moerneris iš Stanfordo universiteto Kalifornijoje – ir Stefanas Hellas iš Maxo Plancko Biofizinės chemijos instituto Göttingene, Vokietijoje.

Jų genialumas suteikė biologams kitaip neįmanomą langą į gyvų sutvėrimų nanopasaulį, paversdamas mikroskopą į „nanoskopą“.

Kad tai pasiektų, jie turėjo įveikti natūralų barjerą, prieš šimtmetį atrastą vadinamąją Abbe'o difrakcijos ribą, dėl kurios visi objektai, mažesni nei 0,2-6 m objektai, žiūrint per tradicinį mikroskopą, atrodo neryškūs.

Už ribos

Jų pastangas apvainikavo super-raiški fluorescencinė mikroskopija, metodas, leidžiantis įprastai stebėti gyvus objektus, mažesnius už Abbe'o ribą, pavyzdžiui, virusus, baltymus, mažas organines molekules ir smulkutes kameras ląstelėse.

„Laureatų darbas leido stebėti gyvybinius procesus realiu laiku,“ sakė Månsas Ehrenbergas iš Uppsala'os universiteto Švedijoje.

„Tai reiškia, kad galime stebėti DNR skaitymą ir baltymų gamybą, kaip su liga susiję baltymai kaupiasi smegenyse tokių ligų, kaip Alzheimerio liga atveju, ir netgi mokantis vykstančius neuronų pokyčius,“ sakė Ehrenbergas.

Hellas pažymėjo, kad šiuo metodu teoriškai įmanoma stebėti bet kokius objektus, kokie maži jie bebūtų. „Jis parodo ląsteles molekulių lygyje, o tai yra labai svarbu, siekiant išsiaiškinti ląstelės veikimą ir kas vyksta ne taip, jei ląstelė suserga. Todėl tai itin svarbu fiziologijos ir susirgimų supratimui.“

Baltymų veikimo stebėjimas

Visišką Abbe'o ribos apėjimo problemos sprendimą 2005 m. rado Ericas Betzigas, pademonstravęs savo sprendimą, padarydamas dramatiškus atvaizdus atskirų baltymų veikimo lizosomose – ląstelės kamerose, kur ardomos ir perdirbamos ląstelės atliekos.

Betzigas pažymėjo milijonus lizosomos membranos molekulių papildoma medūzų molekule, vadinama žaliai fluorescuojančiu baltymu, kurio atradimas nusipelnė Nobelio premijos 2008-aisiais. Veikiami tam tikro bangos ilgio šviesa, šie baltymai laikinai ima švytėti ryškiai žaliai, tai parodydami, kur tiksliai jie yra.

Fotografuodamas mažus pažymėtų baltymų rinkinius ir tada vaizdus apjungdamas, Betzigas sukūrė Abbe'o ribą įveikusį atvaizdą.

Nušviečiantis švytėjimas

Kitų mokslininkų proveržiai nutiesė kelią Betzigo sprendimui. Pavyzdžiui, 1989 m. Moerneris tapo pirmuoju mokslininku, aptikusiu vieną fluorescencuojančią molekulę, o ne kolektyvinį pilno molekulių mėgintuvėlio švytėjimą. Tai atvėrė duris fluorescenciniam atskirų baltymų gyvuose organizmuose žymėjimui, technikai, kurią galiausiai panaudojo Betzigas, pasitelkdamas žaliai fluorescencuojantį baltymą.

Tuo tarpu Hellas buvo pirmasis, įveikęs ribą 1994 metais technika, pagrįsta biologinio pavyzdžio natūralių molekulių švytėjimu, veikiant jas mėlynos spalvos lazerio šviesa, glaudžiai apvilkta raudono lazerio šviesos „rankove“. Rankovė išlaikydavo mėlynos spalvos kuriamą vaizdą tiksliai sufokusuotą į Abbe'o ribą lenkiančią dėmelę, ir kruopščiai vedžiodamas spindulį visu bakterinės ląstelės paviršiumi, Hellas sukūrė tris kartus detalesnį Escherichia coli bakterijos atvaizdą, nei bet kuris ankstesnis mikroskopinis vaizdas.

Dabar ši technika plačiai naudojama tyrinėjant visas gyvas ląsteles ir juose vykstančius procesus. Hellas labiausiai susitelkė į ryšių tarp smegenų ląstelių formavimosi stebėjimą, tuo tarpu Moerneris tyrinėjo, kaip baltymai apsunkina Huntingtono ligą, degeneratyvinę smegenų būklę, o Betzigas tyrė ląstelių dalinimąsi embrione.

Andy Coghlan
New Scientist

   

Facebook komentarai