SME
Sobota, 31. október, 2020 | Meniny má AurelaKrížovkyKrížovky

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)

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.

Skryť Vypnúť reklamu

"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.

Skryť Vypnúť reklamu

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.

Skryť Vypnúť reklamu

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.

Skryť Vypnúť reklamu

"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.

Skryť Vypnúť reklamu

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.

Skryť Vypnúť reklamu

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.

Skryť Vypnúť reklamu

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.

Skryť Vypnúť reklamu

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.

Skryť Vypnúť reklamu

Najčítanejšie na SME Tech

Skryť Vypnúť reklamu
Skryť Vypnúť reklamu

Téma: Nobelove ceny

Prečítajte si aj ďalšie články k téme
Článok je zaradený aj do ďalších tém
Chémia, Nobelova cena za mier, Mikroskopický svet, Nobelova cena za chémiu
Skryť Vypnúť reklamu
Skryť Vypnúť reklamu

Hlavné správy zo Sme.sk

Naď očakáva, že počas víkendu otestujú aspoň tri milióny ľudí

Najväčšie problémy spôsobovali drive through odberové miesta.

celoplošné testovanie na Covid-19.
Premiér Matovič hovorí o prvých výsledkoch testovania.

Vo svete píšu o nepresných testoch aj o výzve prezidentky

Únia sa môže Slovenskom inšpirovať, ak sa projekt podarí.

Testovanie v obci Štiavnické Bane.
Sean Connery v bondovke Žiješ len dvakrát.

Neprehliadnite tiež

Podcast Klik

Klik: Apple pravdepodobne pracuje na vlastnom vyhľadávači

Komentovaný prehľad technologických správ.

Podcast Klik
Podcast Tech_FM

Čierne diery sú aj také, aké by nemali byť

Čo nás učí gravitačná astronómia.