Reklama

Nobel za podglądanie białka

Dzięki laureatom tegorocznej nagrody nauka o strukturze atomowej komórek została przeniesiona do nowej ery.

Aktualizacja: 04.10.2017 18:34 Publikacja: 04.10.2017 17:35

Jacques Dubochet, Joachim Frank i Joachim Frank

Jacques Dubochet, Joachim Frank i Joachim Frank

Foto: PAP/EPA

Dla wielu biologów i chemików sen stał się rzeczywistością i stanęliśmy w obliczu przełomu w rozwoju biochemii. Teraz możemy obejrzeć każdy zakątek dowolnej komórki i przeanalizować strukturę protein z atomową dokładnością.

W tym roku Nagroda Nobla w dziedzinie chemii została przyznana za rewolucyjną technologię badania struktury organicznych molekuł. Jacques Dubochet z Uniwersytetu w Lozannie, Joachim Frank z Columbia University i Richard Henderson z Pracowni Biologii Molekularnej MRC na Uniwersytecie w Cambridge wnieśli nieoceniony wkład w rozwój mikroskopii krio-elektronowej (krio-EM). Zwieńczeniem ich pracy jest trójwymiarowe obrazowanie dużych cząsteczek w niespotykanej dotąd rozdzielczości.

Biologia strukturalna oraz mapowanie złożonych biologicznych molekuł stanęły w obliczu przełomu. Obszar ten był od lat 50. zdominowany przez krystalografię rentgenowską, która zawdzięcza popularność kluczowej roli w badaniu struktury podwójnej nici DNA. Apetyt na zajrzenie do wnętrza „maszyn molekularnych" nieustannie rośnie i dotychczasowe metody stały się niewystarczające.

Molekuły z bliska

Mikroskop elektronowy był od dawna uważany za najlepsze narzędzie analizowania jedynie martwej materii, ponieważ potężna wiązka elektronów niszczy materiał biologiczny. W próżni instrumentu woda błyskawicznie paruje, powodując, że biocząsteczki zapadają się w sobie i zbadanie ich struktury staje się niemożliwe. Trzej wyróżnieni w tym roku naukowcy udowodnili, że są w stanie pokonać ograniczenia, które wcześniej wydawały się barierą nie do przebycia. Indywidualne badania każdego z nich finalnie połączyły się w jedną, rewolucyjną metodę.

W 1990 r. Richardowi Hendersonowi udało się wreszcie zastosować mikroskop elektronowy do uzyskania trójwymiarowego obrazu białka. Stanowiło to ogromny przełom technologiczny w biochemii. To był jednak zaledwie początek.

Reklama
Reklama

W tym czasie Joachim Frank już miał za sobą własne odkrycie. Opracował nowy sposób przetwarzania obrazu z mikroskopu elektronowego. Metoda Franka polegała na odpowiednim połączeniu serii zdjęć. Wynikiem jego analiz był precyzyjny trójwymiarowy obraz badanej cząstki.

Natomiast Jacques Dubochet zmierzył się z problemem uciekającej wody z analizowanych próbek – ochłodził ją tak szybko, że zastygając wokół próbki biologicznej, pozwalała biocząsteczkom zachować swój naturalny kształt, nawet w próżni.

Białko zamrożone w czasie

Idea obrazowania za pomocą mikroskopii krio-elektronowej wydaje się prosta, jednak narzędzia do analizy i tworzenia modelu 3D powstawały latami. Stworzenie precyzyjnego obrazu złożonej molekuły odbywa się w czterech etapach. Niewielka próbka proteiny zostaje umieszczona w mikroskopie. Zastygłe w lodzie cząstki nie ulegają deformacji, więc każda z nich rzuca dokładny obraz o charakterystycznym kształcie. Następnie komputer poszukuje podobnych wzorów i łączy je w grupy. W ten sposób rozróżnia cząstki ułożone pod tym samym kątem. Tysiące rzutów łączy się w dwuwymiarowe obrazy, z których później powstaje przełomowo precyzyjny obiekt 3D.

Od 2013 r., gdy osiągnięto pożądaną rozdzielczość atomową w mikroskopii krio-elektronowej, naukowcy są w stanie tworzyć trójwymiarowe struktury wszystkich biocząsteczek. Od tego czasu literatura naukowa została wypełniona obrazami wszystkiego, co dało się przebadać, włącznie z białkami, które odpowiadają za oporność antybiotykową u bakterii. Biochemia stoi teraz w obliczu gwałtownego rozwoju i jest gotowa na ekscytującą przyszłość.

Naukowcy mogą zamrażać biocząsteczki i wizualizować procesy, których nigdy wcześniej nie widzieli. Ta wiedza wydaje się kluczowa zarówno dla podstawowego zrozumienia chemii życia, jak i medycyny oraz farmacji.

Nauka
Naukowcy wskazują na zaskakującą przyczynę epidemii dżumy. „Jedna z największych katastrof ludzkich”
Nauka
Przełomowe badania DNA zaprzeczają popularnej teorii. Chodzi o ewolucję Homo sapiens
Nauka
Po co robotnice zabijają własne poczwarki? Niezwykłe zachowanie mrówek
Nauka
Ostatnia superpełnia w tym roku już niedługo. Kiedy obserwować Zimny Księżyc?
Materiał Partnera
Radio na laser i opary rubidu. Kwantowy wynalazek fizyków z UW
Materiał Promocyjny
Lojalność, która naprawdę się opłaca. Skorzystaj z Circle K extra
Reklama
Reklama
REKLAMA: automatycznie wyświetlimy artykuł za 15 sekund.
Reklama
Reklama