Het is moeilijk om de wereld op moleculair niveau onder de loep te nemen. Maar proberen te focussen op bewegende moleculen is een nog meer ontmoedigende taak. De Nobelprijs voor scheikunde dit jaar eert het werk van drie wetenschappers die een techniek ontwikkelden om de minuscule bouwstenen van het leven te bevriezen en ze van dichtbij te bestuderen.
gerelateerde inhoud
- De man die nitroglycerine uitvond, was geschokt door dynamiet
In de chemie heeft structuur vaak een sterke relatie met de functie van een molecuul en dus door de structuren die deel uitmaken van alle lagen van het leven - van virussen tot planten tot mensen - grondig te onderzoeken, kunnen onderzoekers misschien werken aan betere behandelingen en behandelingen voor ziekten.
"Een foto is een sleutel tot begrip", aldus het persbericht van de Koninklijke Zweedse Academie van Wetenschappen die de prijs aankondigt.
Sinds de jaren 1930 hebben elektronenmicroscopen - waarin elektronenstralen worden gebruikt om de zeer kleine details van objecten af te beelden - wetenschappers in staat gesteld een glimp op te vangen van de kleinste delen van onze wereld. Maar deze technologie is niet ideaal als het gaat om het bestuderen van de structuren van levende organismen, meldt Laurel Hamers voor Science News .
Om de elektronenmicroscoop goed te laten werken, moet het monster zich in een vacuüm bevinden, waardoor levende weefsels uitdrogen en sommige van de structuren kunnen vervormen die wetenschappers hopen te bestuderen. Het monster wordt ook gebombardeerd met schadelijke straling. Andere technieken, zoals röntgenkristallografie, kunnen het leven in zijn natuurlijke staat niet in beeld brengen, omdat het vereist dat de moleculen van belang star gekristalliseerd blijven.
Voor de Schotse moleculair bioloog Richard Henderson waren deze beperkingen simpelweg onwerkbaar om te kijken naar de moleculen waaruit levende cellen bestaan. Begin jaren zeventig ontwikkelde hij een techniek met behulp van een elektronenmicroscoop om een eiwit tot op atomair niveau af te beelden, meldt Erik Stokstad van Wetenschap . De microscoop werd ingesteld op laag vermogen, waardoor een wazig beeld ontstond dat later kon worden bewerkt in een beeld met een hogere resolutie met behulp van de repetitieve patronen van het molecuul als gids.
Maar wat als monsters niet repetitief waren? Dat is waar de Duitse biofysicus Joachim Frank binnenkwam. Hij ontwikkelde een verwerkingstechniek om scherpe driedimensionale beelden van niet-herhalende moleculen te maken. Hij nam de afbeeldingen met laag vermogen onder verschillende hoeken en gebruikte vervolgens een computer om vergelijkbare objecten te groeperen en te verscherpen, waardoor een 3D-model van de levende molecule werd gemaakt, meldt Kenneth Chang van de New York Times .
In de vroege jaren tachtig bedacht de Zwitserse biofysicus Jacques Dubochet een manier om vochtige monsters te gebruiken onder het vacuüm van de elektronenmicroscoop. Hij ontdekte dat hij snel water rond de organische moleculen kon bevriezen, die hun vorm en structuren onder de verstorende kracht van het vacuüm behielden.
Samen hebben deze technieken "in wezen een soort nieuw, voorheen onbereikbaar gebied van structurele biologie geopend", zei Henderson over cryo-elektronenmicroscopie in een interview met Adam Smith van Nobel Media.
Sinds hun ontdekkingen hebben wetenschappers gewerkt aan het continu verfijnen van de resolutie van deze techniek, waardoor nog gedetailleerdere beelden van de kleinste organische moleculen mogelijk zijn, meldt Ben Guarino van de Washington Post . De techniek is breed toegepast in de moleculaire biologie en zelfs in de geneeskunde. Na de verwoestende Zika-virusepidemie konden onderzoekers bijvoorbeeld snel de structuur van het virus bepalen met cryo-elektronenmicroscopie, wat kan helpen bij het produceren van vaccins.
"Deze ontdekking is als de Google Earth voor moleculen, " zegt Allison Campbell, president van de American Chemical Society, meldt Sharon Begley van STAT. Met behulp van deze cryo-elektronenmicroscopie kunnen onderzoekers nu inzoomen om de kleinste details van het leven op aarde te onderzoeken.
