Исследовать мир на молекулярном уровне сложно. Но попытка сосредоточиться на молекулах в движении является еще более сложной задачей. В этом году Нобелевская премия по химии отдает должное работе трех ученых, которые разработали методику мгновенного замораживания крошечных строительных блоков жизни и изучения их вблизи.
Связанный контент
- Человек, который изобрел нитроглицерин, пришел в ужас от динамита
В химии структура часто тесно связана с функцией молекулы, и поэтому путем тщательного изучения структур, составляющих все сферы жизни - от вирусов до растений и людей - исследователи могут найти пути лучшего лечения и лечения болезней.
«Фотография - это ключ к пониманию», - говорится в пресс-релизе Королевской академии наук Швеции, объявляющем награду.
С 1930-х годов электронные микроскопы, в которых пучки электронов используются для изображения мельчайших деталей объектов, позволяют ученым увидеть самые маленькие части нашего мира. Но эта технология не идеальна, когда дело доходит до изучения структур живых организмов, сообщает Laurel Hamers для Science News .
Для правильной работы электронного микроскопа образец должен находиться в вакууме, который высушивает живые ткани и может исказить некоторые структуры, которые ученые надеются изучить. Образец также бомбардируется вредным излучением. Другие методы, такие как рентгеновская кристаллография, не могут отобразить жизнь в ее естественном состоянии, потому что она требует, чтобы молекулы, представляющие интерес, оставались жестко кристаллизованными.
Для шотландского молекулярного биолога Ричарда Хендерсона эти ограничения были просто неосуществимы, чтобы взглянуть на молекулы, составляющие живые клетки. Начиная с 1970-х годов он разработал технику с использованием электронного микроскопа для визуализации белка вплоть до атомного уровня, сообщает Erik Stokstad of Science . Микроскоп был настроен на низкое энергопотребление, что создавало размытое изображение, которое впоследствии можно было преобразовать в изображение с более высоким разрешением, используя повторяющиеся узоры молекулы в качестве ориентира.
Но что, если образцы не были повторяющимися? Вот где появился немецкий биофизик Йоахим Франк. Он разработал технику обработки для создания четких трехмерных изображений неповторяющихся молекул. Он снимал изображения с низким энергопотреблением под разными углами, а затем использовал компьютер, чтобы сгруппировать похожие объекты и отточить их, создав трехмерную модель живой молекулы, сообщает Кеннет Чанг из New York Times .
В начале 1980-х годов швейцарский биофизик Жак Дюбо нашел способ использовать влажные образцы в вакууме электронного микроскопа. Он обнаружил, что может быстро заморозить воду вокруг органических молекул, которые сохранили свою форму и структуру под искажающим действием вакуума.
Вместе эти методы «открыли, по сути, своего рода новую, ранее недоступную область структурной биологии», сказал Хендерсон о криоэлектронной микроскопии в интервью с Адамом Смитом из Nobel Media.
Со времени их открытия ученые работали над постоянным уточнением разрешения этой техники, позволяя получать еще более детальные изображения самых маленьких органических молекул, сообщает Бен Гуарино из Washington Post . Техника нашла широкое применение в молекулярной биологии и даже в медицине. Например, в результате разрушительной эпидемии вируса Зика, исследователи смогли быстро определить структуру вируса с помощью криоэлектронной микроскопии, которая может помочь в создании вакцин.
«Это открытие похоже на Google Earth для молекул», - говорит Эллисон Кэмпбелл, президент Американского химического общества, сообщает Шарон Бегли из STAT. Используя эту криоэлектронную микроскопию, исследователи могут теперь увеличивать масштаб, чтобы исследовать мельчайшие детали жизни на Земле.
