Det er vanskeligt at undersøge verden på molekylært niveau. Men at prøve at fokusere på molekyler i bevægelse er en endnu mere skræmmende opgave. Dette års nobelpris i kemi hædrer arbejdet fra tre videnskabsfolk, der udviklede en teknik til at flashfryse livets små byggesten og studere dem på tæt hold.
Relateret indhold
- Manden, der opfandt nitroglycerin, blev forfærdet af dynamit
I kemi er strukturen ofte stærkt knyttet til molekylets funktion, og så ved intimt at undersøge strukturer, der udgør alle samfundslag - fra vira til planter til mennesker - kan forskere muligvis arbejde for bedre behandlinger og helbredelse mod sygdomme.
"Et billede er en nøgle til forståelse, " ifølge Royal Swedish Academy of Sciences pressemeddelelse, der annoncerer prisen.
Siden 1930'erne har elektronmikroskoper - hvor stråler af elektroner bruges til at afbilde de små detaljer af genstande - gjort det muligt for forskere at skimte de meget mindste dele af vores verden. Men denne teknologi er ikke ideel, når det kommer til at studere strukturer af levende organismer, rapporterer Laurel Hamers til Science News .
For at elektronmikroskopet skal fungere korrekt, skal prøven være i et vakuum, der udtørrer levende væv og kan fordreje nogle af de strukturer, som videnskabsmænd håber at studere. Prøven bombarderes også med skadelig stråling. Andre teknikker, såsom røntgenkrystallografi, kan ikke forestille sig livet i sin naturlige tilstand, fordi det kræver, at molekylerne af interesse forbliver stift krystalliseret.
For den skotske molekylærbiolog Richard Henderson var disse begrænsninger simpelthen uanvendelige for at se på molekylerne, der udgør levende celler. Fra 1970'erne udviklede han en teknik ved hjælp af et elektronmikroskop til at afbilde et protein ned til atomniveauet, rapporterer Erik Stokstad of Science . Mikroskopet blev indstillet til lav effekt, hvilket skabte et sløret billede, der senere kunne redigeres til en højere opløsning ved hjælp af de gentagne mønstre af molekylet som en guide.
Men hvad nu hvis prøver ikke blev gentagne? Det var her den tyske biofysiker Joachim Frank kom ind. Han udviklede en behandlingsteknik til at skabe skarpe 3-dimensionelle billeder af ikke-gentagne molekyler. Han tog laveffektbillederne i mange forskellige vinkler og brugte derefter en computer til at gruppere lignende objekter og skærpe dem og skabe en 3D-model af det levende molekyle, rapporterer Kenneth Chang fra New York Times .
I begyndelsen af 1980'erne regnede den schweiziske biofysiker Jacques Dubochet ud med en måde at bruge fugtige prøver under vakuumet af elektronmikroskopet. Han fandt, at han hurtigt kunne fryse vand omkring de organiske molekyler, som bevarede deres form og strukturer under det forvrængede træk i vakuumet.
Tilsammen har disse teknikker "åbnet i det væsentlige et slags nyt, tidligere utilgængeligt område med strukturel biologi, " sagde Henderson om kryo-elektronmikroskopi i et interview med Adam Smith fra Nobel Media.
Siden deres opdagelser har forskere arbejdet kontinuerligt med at forfine opløsningen af denne teknik og tillade endnu mere detaljerede billeder af de mindste organiske molekyler, rapporterer Ben Guarino fra Washington Post . Teknikken har fundet bred anvendelse inden for molekylærbiologi og endda inden for medicin. I kølvandet på den ødelæggende Zika-virusepidemi kunne forskerne hurtigt bestemme virussens struktur med kryo-elektronmikroskopi, som kan hjælpe med at arbejde med at producere vacciner.
”Denne opdagelse er som Google Earth for molekyler, ” siger Allison Campbell, præsident for American Chemical Society, rapporterer Sharon Begley fra STAT. Ved hjælp af denne kryo-elektronmikroskopi kan forskere nu zoome ind for at undersøge de tyndeste detaljer om livet på Jorden.
