Dokázali zmraziť život a odhaliť jeho záhady. Získali nobelovku za chémiu

Vedci posunuli biochémiu do novej éry.

Laureáti Nobelovej ceny za chémiu zľava Jacques Dubochet, Joachim Frank a Richard Henderson.(Zdroj: TASR/AP)

ŠTOKHOLM, BRATISLAVA. Proteíny, ktoré spôsobujú odolnosť proti chemoterapii či antibiotikám, bunka v uchu, ktorá nám dovoľuje počuť, či detailný záber povrchu vírusu zika. Podobné obrázky zaplnili v posledných rokoch vedecké štúdie a publikácie vďaka objavu zobrazovacej techniky, ktorá tento rok získala Nobelovu cenu za chémiu.

Laureáti Jacques Dubochet, Joachim Frank a Richard Henderson posunuli svojou prácou odbor biochémie do novej éry.

Svojimi objavmi pomohli vyvinúť dnešnú podobu kryo-elektrónového mikroskopu - techniky, ktorá zjednodušila a zlepšila zobrazovanie živých molekúl vo vysokom rozlíšení. Z beztvarých kvapiek sa vďaka ich objavom teraz vedcom ukazujú atómy jednotlivých molekúl.

"Je to revolúcia, pretože teraz môžeme oddeliť molekuly z buniek a pozorovať ich v prirodzenom prostredí, aké majú aj v bunke - vo vode. Môžeme vidieť ich štruktúry, ako na seba vzájomne pôsobia, ako pracujú," povedal pri oznamovaní laureátov člen Nobelovej komisie a biochemik Peter Brzezinski.

"V zmrazenom stave môžeme sledovať ich procesy. Je to kľúč k pochopeniu života."

Vidieť neviditeľné

Jeden z najdôležitejších dôkazov vo vedeckom svete je obraz. Vedci sa dlhé roky pokúšajú zobrazovať voľným okom neviditeľné procesy v tele človeka.

Na molekulárnej mape však stále existovali miesta, ktoré nikto nikdy nevidel. Vývoj kryo-elektrónového mikroskopu na pozorovanie živých štruktúr, za ktorý získali traja vedci Nobelovu cenu za chémiu, toto všetko zmenil.

V zmrazenom stave môžeme sledovať procesy v molekulách. Je to kľúč k pochopeniu života.

člen Nobelovej komisie Peter Brzezinski

Kryo-elektrónový mikroskop je vlastne druhom elektrónového mikroskopu - ten funguje podobne ako bežný mikroskop, pri pozorovaní však nevyužíva na zobrazovanie viditeľné svetlo, ale prúd elektrónov. Kryomikroskop pri pozorovaní okrem elektrónov navyše využíva aj fyzikálne nízke teploty, ktoré dokážu vzorku rýchlo zmraziť v pohybe, no zachovajú jej tvar.

Od bežného mikroskopu sa kryomikroskop líši aj veľkosťou - predstavte si ho ako škatuľu, ktorá je asi tri- až štyrikrát väčšia ako dospelý človek. Do jednej z vákuových komôr vedec vloží vzorku, osvetlí ju a všetko zachytí výkonná kamera.

Elektromikroskop je v súčasnosti populárny najmä v štrukturálnej biológii, kde pomáha odhaliť procesy a atómy, ktoré vedci dosiaľ nedokázali pozorovať. Takéto pozorovanie je dôležité pre pochopenie chémie života, ale aj pre vývoj nových liekov.

Cesta za nobelovkou

Elektrónové mikroskopy sa od svojho vzniku v 30. rokoch 20. storočia dlho používali len na zobrazovanie neživých materiálov. Silný elektrónový lúč totiž ničil akýkoľvek biologický materiál - ak vedci lúč zoslabili, obrázok biologickej vzorky bol rozmazaný a nerozpoznateľný.

Potenciál na použitie v živom svete sa ukázal v roku 1990. Richardovi Hendersonovi z univerzity v Cambridgei sa vtedy podarilo použiť elektrónový mikroskop na vytvorenie trojrozmerného obrazu proteínu na úrovni atómov. Stále však nevedel do procesu zapojiť vodu, v ktorej molekuly prirodzene žijú. Mnohé deje preto pozorovať nedokázal.

Všeobecné využitie pre technológiu ukázal ďalší laureát Joachim Frank z univerzity Columbia. Medzi rokmi 1975 a 1986 vytvoril počítačovú metódu, ktorá ukázala, ako sa dajú rozmazané dvojrozmerné obrázky premeniť na ostré trojrozmerné štruktúry.

"Ak sa tieto metódy zdokonalia, tak potom, slovami jedného vedca, len nebo bude našou hranicou," napísal Frank, keď prezentoval v štúdii svoj postup na spracovávanie obrázkov.

Približne v rovnakom čase, keď Frank vymýšľal zlepšenie zobrazovania, sa Jacques Dubochet zo švajčiarskej univerzity v Lausanne zamýšľal nad tým, ako do procesu elektrónovej mikroskopie zapojiť vodu.

Elektrónový mikroskop funguje aj na princípe vákua, v ňom sa však voda rýchlo vyparuje a živé molekuly sa vysušia a znehodnotia. Niektoré molekuly, ktoré potrebujú na život vodu, preto vedci nemohli pozorovať.

Dubochet sa preto pokúsil z vody vytvoriť akési zamrznuté sklíčko - ľad sa totiž vo vákuu vyparuje pomalšie ako voda. Obyčajný ľad však vedcom nepomohol - zábery vzoriek boli nepoužiteľné.

Na začiatku 80. rokov sa Dubochetovi podarilo vytvoriť takzvaný amorfný ľad - vodu rýchlo zmrazil okolo živej molekuly a zachovala si tak svoje vlastnosti tekutiny. Molekuly sa nevysušili, zostali v pôvodnom tvare a vedci mohli detailne sledovať jednotlivé procesy a atómy v akomsi zmrazenom stave.

Traja vedci tak spoločnými silami dosiahli svoju hranicu a ľudstvu priniesli jednu z najdôležitejších výhod vôbec. Každý kúsok bunky teraz môžu vidieť v atomickom detaile a biochémiu vďaka kryo-elektrónovému mikroskopu čaká vzrušujúca budúcnosť.

Čo vedci získajú

Držitelia Nobelovej ceny za chémiu získajú medailu s podobizňou bohyne prírody Isis, diplom vytvorený švédskymi a nórskymi umelcami a kaligrafmi a deväť miliónov švédskych korún - približne 941-tisíc eur, ktoré si traja vedci rozdelia.

Všetky tri súčasti ceny dostanú laureáti na slávnostnom udeľovaní Nobelových cien, ktoré sa koná každý rok 10. decembra.

Tento týždeň sa pred cenou za chémiu oznamovali už dve nobelovky. V pondelok oznámila komisia troch lauretáov za medicínu za ich vysvetlenie fungovania biologických hodín, ktoré riadia procesy v ľudskom tele. V utorok sa laureátmi Nobelovej ceny za fyziku stali traja vedci za prínos k detektoru LIGO a pozorovanie gravitačných vĺn.

Minuloroční víťazi

Minulý rok sa laureátmi Nobelovej ceny za chémiu stali vedci Fraser Stoddart, Bernard Fering a Jean-Pierre Sauvage. Ocenenie získali za dizajn a syntézu molekulárnych strojov.

Prečítajte si tiež: Nobelovu cenu za fyziku získali gravitačné vlny

Vedci vytvorili molekuly, v ktorých vedeli ovládať ich pohyb. K objavu im dopomohol pokrok v miniaturizácii a vo výpočtovej technike.

Na molekulárnych strojoch sa každý podieľal sám. Jean-Pierre Sauvage vytvoril v roku 1983 prvý primitívny molekulárny stroj. Fraser Stoddart zas vytvoril molekulárne koleso a Bernard Fering molekulárny motor.

„Ak sa na to pozrieme z pohľadu vývoja, dnes je molekulárny motor tam, kde bol v 30. rokoch 19. storočia elektrický motor. Vtedy ešte vedci nevedeli, že ich pohybujúce sa kolieska povedú k elektrickým vlakom, práčkam či ventilátorom," vysvetlila v roku 2016 komisia pri oznamovaní laureátov.

Hitler ich prinútil odmietnúť

Chémia bola pre prácu Alfreda Nobela najdôležitejšia. Na jej základoch stáli jeho vynálezy aj priemyselné procesy. Na základe poslednej vôle Nobela sa jeho cena za chémiu udeľuje od roku 1901.

Od tohto roku udelili 108 Nobelových cien za chémiu 175 laureátom (tohtoročné ocenenie nie je započítané). Jeden laureát - Frederick Sanger - získal ocenenie dva razy v rokoch 1958 a 1980. Raz sa výskum inzulínu a druhýkrát za výskum nukleových kyselín.

Zo všetkých laureátov nobelovky za chémiu sú len štyri ženy - Marie Curieová (predtým získala aj Nobelovu cenu za fyziku), jej dcéra Irene Joliot-Curieová, Dorothy Crowfoot Hodgkinová a Ada Yonathová.

Prečítajte si tiež: Nobelovu cenu za medicínu získalo vysvetlenie biologických hodín

Dvaja laureáti na Nobelovu cenu za chémiu boli v minulosti Adolfom Hitlerom prinútení odmietnuť ocenenie - Richard Kuhn v roku 1938 za prácu na karotenoidoch a vitamínoch a Adolf Butenandt v roku 1939 za prácu o pohlavných hormónoch. Neskôr si mohli diplom a medailu prevziať, finančnú odmenu však nezískali.

Pre svetové vojny aj situáciu, keď Nobelov výbor jeden rok prestížne ocenenie odložil, Nobelovu cenu za chémiu v minulosti neudelili osemkrát - v rokoch 1916, 1917, 1919, 1924, 1933, 1940, 1941 a 1942.

Najčítanejšie na SME Tech


Inzercia - Tlačové správy


  1. Objavte majestátne Tatry kúsok po kúsku
  2. Aké sú gastrotrendy pre rok 2018?
  3. Chcete bývať na dobrom mieste? Zakotvite v Adlerovej!
  4. Egejská riviéra: Ktoré letovisko je pre vás najlepšie?
  5. Slovensko má pralesy, púšť aj kameňopád. Už ste ich videli?
  6. Volkswagen T-Roc: Pre nerozhodných
  7. Leto 2018 v Grécku s odletom z Bratislavy
  8. Dlhopisy 7,25 % p.a. majú najvýhodnejšiu nákupnú cenu v roku
  9. Zelené Grunty vám ponúknu viac, ako očakávate
  10. Kam do tepla v januári?
  1. Attracting talent – Why Millennials are choosing to join Johnson
  2. Aké sú gastrotrendy pre rok 2018?
  3. Chcete bývať na dobrom mieste? Zakotvite v Adlerovej!
  4. Objavte majestátne Tatry kúsok po kúsku
  5. Alarica – new business project in the market of shoes
  6. Ako jazdiť na snehu alebo ľade?
  7. Egejská riviéra: Ktoré letovisko je pre vás najlepšie?
  8. Slovensko má pralesy, púšť aj kameňopád. Už ste ich videli?
  9. Toto tajomstvo vrcholoví športovci dlho skrývali
  10. Vlani sme si vyberali z vyše pol milióna inzerovaných áut
  1. Egejská riviéra: Ktoré letovisko je pre vás najlepšie? 13 152
  2. Slovensko má pralesy, púšť aj kameňopád. Už ste ich videli? 7 413
  3. Volkswagen T-Roc: Pre nerozhodných 3 211
  4. Leto 2018 v Grécku s odletom z Bratislavy 1 948
  5. Kam do tepla v januári? 1 705
  6. Objavte majestátne Tatry kúsok po kúsku 1 704
  7. Dlhopisy 7,25 % p.a. majú najvýhodnejšiu nákupnú cenu v roku 1 374
  8. First moment Turecko: využite zľavy na špičkové hotely 1 168
  9. Chcete bývať na dobrom mieste? Zakotvite v Adlerovej! 919
  10. Demänovku mieša iba jeden človek. Ako si strážia receptúru? 896

Téma: Mikroskopický svet


Článok je zaradený aj do ďalších tém Nobelova cena za mier, Chémia, Nobelove ceny

Hlavné správy zo Sme.sk

PLUS

Čipový génius Rado Danilák: Viem, ako súperiť s Intelom

Počítačový výskumník a podnikateľ so slovenskými koreňmi vysvetľuje, ako sa môže presadiť malý hráč.

KOMENTÁRE

Prečo sa Česi rozhodli vyhodiť vlastnú krajinu do povetria

Voliči Mariana Kotlebu a Miloša Zemana sa hnevajú na 21. storočie.

TECH

Historici sa mýlia, čiernu smrť roznieslo čosi iné

Nový výskum naznačuje, ako sa problém šíril.

Neprehliadnite tiež

Fyzikálna záhada. Neutrónové hviezdy svietia aj po zrážke

Dosvit po zrážke neutrónových hviezd je čoraz jasnejší, vyvracia očakávania.

V NASA prestali pracovať. Musk musel odložiť test rakety

Američanom sa nepodarilo schváliť rozpočet. Kennedyho vesmírne stredisko prestáva pracovať.

Obchod bez radov a pokladní. Otvorili prvý Amazon Go

Obchod využíva rovnaké technológie ako autonómne autá.

Spravili krok k včasnému odhaleniu rakoviny, krvný test má veľkú úspešnosť

Test dokázal určiť aj päť typov rakoviny, na ktoré doteraz neexistuje skríning.

Prečo hrá mozog džezového a klasického pianistu rovnakú skladbu inak

Mozgy džezových a klasických pianistov fungujú rozdielne. Dokonca aj vtedy, keď hrajú tú istú skladbu.