Nobel 2017 z chemii za niezwykłe obrazy tworzone przez mikroskopię krioelektronową

Obraz mimiwirusa stworzony dzięki mikroskopowi krio-elektronowemu. Fot. Xiao C, Kuznetsov YG, Sun S, Hafenstein SL, Kostyuchenko VA, et al. (2009) [CC BY 2.5]

Nagrodę Nobla 2017 z chemii otrzymali Jacques Dubochet, Joachim Frank i Richard Henderson za opracowanie techniki mikroskopii krioelektronowej pozwalającej na obserwowanie biomolekuł w niespotykanej dokładności

Nobel 2017 z chemii został przyznany za technikę, która – jak pisze komitet noblowski – zrewolucjonizowała biochemię. Chodzi o mikroskopy krioelektronowe, które potrafią zamrozić w ruchu żywe struktury i zobrazować je z precyzją sięgającą pojedynczych atomów. Klasyczne mikroskopy elektronowe wymagają specjalnego przygotowania niszczącego żywe struktury.

W przypadku kriomikroskopii elektronowej obserwowany obiekt jest zamrażany w bardzo niskich temperaturach, co pozwala uchwycić “życie w akcji”: bakterie salmonelli atakujące żywe komórki, białka w trakcie łączenia się z innymi białkami czy wewnętrzną strukturę wirusa.

Obrazy uzyskane dzięki mikroskopii krioelektronowej. a. Kompleks białek odpowiadających za cykl dobowy b. Receptor odbierający zmiany ciśnienia w uchu wewnętrznym. c. Wirus Zika. Rys. nobelprize.org

Przy powolnym zamrażaniu próbek powstają w nich kryształy lodu niszczące strukturę obiektu. Dlatego w kriomikroskopii stosuje się błyskawiczne schładzanie w ciekłym azocie, dzięki czemu struktura pozostaje nienaruszona.

Gdy chcemy uchwycić przestrzenną budowę danego obiektu, zamrażamy bardzo wiele jego egzemplarzy i skanujemy każdy z nich. Ponieważ w chwili zamrażania ustawiają się one w różnych pozycjach, to uzyskujemy wiele obrazów. Następnie są one łączone w komputerze tak, by powstał przestrzenny model badanego obiektu – taki, jak na zdjęciu na początku tekstu.

Mikroskopia krioelektronowa pozwala też śledzić procesy zachodzące na poziomie molekularnym. W takiej sytuacji wykonuje się serię zdjęć próbek zamrożonych na różnych etapach przebiegu śledzonego procesu. Połączenie tych zdjęć daje animację, która pokazuje zmiany zachodzące w czasie.

To właśnie dzięki nagrodzonej Noblem technice udało się szybko zobrazować wirusa Zika, którego epidemia wybuchła w Ameryce Południowej. Jego trójwymiarowy obraz stał się podstawą do dalszych badań.