SME
Štvrtok, 21. november, 2019 | Meniny má Elvíra

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

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 stránky vedeckých štúdií a publikácií 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 Čítajte 

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 Čítajte 

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. Zoznámte sa: Filozoficko-přírodovědecká fakulta v Opavě
  2. EkF TUKE – výzva pre tvoju budúcnosť
  3. Zažite svoj vlastný úspech
  4. Prečo študovať techniku na Slovensku?
  5. Tri základné kroky: Ako sa starať o pacienta s inkontinenciou
  6. Vyberte si z ponuky Black Friday, ktorý trvá až dva týždne
  7. Tipy na lyžovačku v Rakúsku
  8. Rýchly úver sa dá získať aj bez zložitých zmlúv
  9. Pozrite sa, ako fungujú asistenčné systémy Volkswagenu
  10. Dlhopisy a zmenky: fixný výnos 5,5 - 7 % p.a.
  1. Radšej škola ako metla
  2. Prečo študovať techniku na Slovensku?
  3. Zažite svoj vlastný úspech
  4. EkF TUKE – výzva pre tvoju budúcnosť
  5. Zoznámte sa: Filozoficko-přírodovědecká fakulta v Opavě
  6. Vyberte si z ponuky Black Friday, ktorý trvá až dva týždne
  7. Slováci sa najčastejšie stretávajú pri spoločnom stole na večeru
  8. Rýchly úver sa dá získať aj bez zložitých zmlúv
  9. Tipy na lyžovačku v Rakúsku
  10. SEAT predstavil e-Scooter
  1. Už iba dnes: Predplatné SME.sk za mimoriadnu cenu 12 503
  2. Hodnotenie profesionála: Aká je dovolenka v Thajsku? 12 309
  3. Tri základné kroky: Ako sa starať o pacienta s inkontinenciou 7 299
  4. 5 prekvapivých vecí, ktoré menia náš svet a ani o tom nevieme 7 106
  5. Tipy na lyžovačku v Rakúsku 6 903
  6. Známe osobnosti prezradili, do ktorej krajiny sa nechcú vrátiť 6 617
  7. Kedy sa vám jazda na LPG oplatí, ako servisovať a kde netankovať 6 205
  8. Dokážu dávať škôlkári pozor na ceste? Otestovali sme ich 6 177
  9. Ako efektívne doplniť železo? Odpovedá MUDr. Radovan Juríček 5 768
  10. Vysokoškolský bedeker: Na ktorú univerzitu poslať prihlášku? 5 594

Téma: Nobelove ceny


Článok je zaradený aj do ďalších tém Chémia, Nobelova cena za mier, Mikroskopický svet, Nobelova cena za chémiu

Hlavné správy zo Sme.sk

Autorská strana Beaty Balogovej

Ako sme prestali byť súdružkami a súdruhmi

Sloboda nie je dedičné právo. Žiadna generácia ju nedostáva hotovú a dokonanú: pripravenú na konzumáciu.

Protestné zhromaždenie Za slušné Slovensko na Námestí SNP v Bratislave.
Marian Kočner a jeho obhajcovia Michal Mandzák (vľavo) a Marek Para.
Dobré ráno

Dobré ráno: Schválili 80-tisíc, čudný galavečer stál viac ako polmilión

Ako ministerstvo kultúry dokázalo minúť oveľa viac, ako mu dovolili.

Podcast Dobré Ráno
Stĺpček Petra Schutza

Súd v kauze vraždy ani nemôže prísť dosť skoro

Ján Kuciak a Martina Kušnírová si zaslúžia ešte jeden symbol.

Peter Schutz

Neprehliadnite tiež

OBJEKTÍV

Včely dokážu surfovať na vode. Vlny si vytvoria krídlami

Vlhké krídla včele zabránia vzlietnuť.

Podcast Zoom

Zoom: Klamali vám, izbové rastliny nevyčistia vzduch v byte

Týždenný podcast o novinkách z vedy.

Reliéf, ktorý pochádza z historického mesta Ninive. Zobrazuje deportovaných ľudí po obliehaní izraelského mesta Lachíš, ktoré dobyl novoasýrsky kráľ Sinacherib.