Nagroda Nobla 2014 z chemii za superdokładne mikroskopy

Nobliści 2014 z chemii: Eric Betzig, Stefan W. Hell i William E. Moerner. Nagrodę otrzymali za badania nad mikroskopią fluorescencyjną. Ilustracja: N. Elmehed. © Nobel Media 2014

Jest nagroda Nobla z chemii! Dostali ją Eric Betzig, Stefan W. Hell i William E. Moerner za rozwój precyzyjnej mikroskopii fluorescencyjnej, która pozwoliła pchnąć do przodu badania w dziedzinie m.in. biologii molekularnej.

Dzięki odkryciom dokonanym przez noblistów udało się skonstruować niezwykle dokładne mikroskopy. Wcześniejsze ograniczenia w ich dokładności narzucane były przez długość fali światła, jednak badania Betziga, Hella i Moernera pozwoliły pokonać tę granicę. Dzięki wykorzystaniu zjawiska fluorescencji optyka w mikroskopach przeniosła się w nanowymiar, zyskując nazwę nanoskopii.

Komórki śródbłonka widoczne pod mikroskopem fluorescencyjnym. Fot. http://rsb.info.nih.gov/ij/images/Wikimedia

Przez wiele lat naukowcy sądzili, że niemożliwa będzie obserwacja mikroskopowa najdrobniejszych struktur komórkowych o rozmiarze mniejszym niż 250 nanometrów (miliardowych części metra) – granicę tę wyznacza właśnie długość fali światła. Tymczasem wiele struktur komórkowych ma rozmiary od 10 do 200 nanometrów, przez co nie mogły być obserwowane z wykorzystaniem mikroskopu świetlnego.

Eric Betzig, Stefan W. Hell i William E. Moerner przesunęli tę granicę, dzięki czemu możliwe stało się m.in. śledzenie tras poszczególnych cząsteczek wewnątrz żywych komórek, obserwacja tworzenia się synaps pomiędzy komórkami nerwowymi w mózgu czy obserwacja białek odpowiedzialnych za wywołanie choroby Parkinsona, Alzheimera czy Huntingtona. To, co dziś uważamy za standardowe możliwości precyzyjnych mikroskopów, zawdzięczamy pracy tegorocznych noblistów.

Tegoroczną nagrodę Nobla przyznano za dwa odkrycia. Pierwszego dokonał Stefan Hell w 2000 roku, tworząc podstawy mikroskopii STED. Dzięki wykorzystaniu dwóch wiązek lasera – jednej pobudzającej fluorescencyjne cząsteczki do świecenia w określonym punkcie i drugiej wygaszającej to świecenie wokół tego punktu – Hellowi udało się uzyskać powiększenie znacznie lepsze niż dawna granica 250 nanometrów.

Drugie odkrycie zostało dokonane przez Betziga i Moernera, którzy – niezależnie od siebie – odkryli sposób „włączania” i „wyłączania” fluorescencji pojedynczych cząsteczek. Jeden obszar fotografowany jest pod mikroskopem wielokrotnie, a obraz za każdym razem ukazuje „włączone” pojedyncze, rozproszone cząsteczki. Dzięki połączeniu takich fotografii można uzyskać superprecyzyjny obraz o niespotykanej wcześniej rozdzielczości pozwalającej zobaczyć obiekty mniejsze niż długość fali światła (czyli 250 nanometrów). Po raz pierwszy zastosowano tę metodę obserwacji w 2006 roku.

Eric Betzig pracuje w Howard Hughes Medical Institute w USA, Stefan W. Hell jest dyrektorem Instytutu Chemii Biofizycznej Maxa Plancka w Niemczech, a William E. Moerner jest zatrudniony na Uniwersytecie Stanforda w Kalifornii.

Źródło

Polecamy też:

Nobel 2014 z fizyki za diody świecące na niebiesko

Nobel z medycyny 2014 za odkrycie naszego wewnętrznego systemu GPS