تکنولوژی دانش‌ها کیمیا

جایزه نوبل شیمی ۲۰۱۷ به مخترعین میکروسکوپ سیکرو-الکترونی تعلق گرفت

در طی چند سال اخیر، محققان از ساختار اتمی تعدادی از پروتئین های پیچیده پرده برداری کردند. (a) ساختار A یک پروتئین پیچیده ای که ریتم سیرکادیان (circadian) را تنظیم می کند. B(b) نوعی سنسور است که تغییرات فشار در گوش را بررسی می کند و باعث شنوایی ما می شود. (C) ویروس zika است.
آکادمی علوم سلطنتی سوئد، در سال ۲۰۱۷ جایزه نوبل شیمی را به خاطر تولید میکروسکوپ الکترونی-کریو که برای مشاهده ساختار بیومولکول ها در کیفیت بالا مورد استفاده قرار می گیرد، به این افراد اهدا کرد: ژاک دوبوشه از دانشگاه لوزان؛ سوئیس، جواهیم فرانک از دانشگاه کلمبیا نیویورک و ریچارد هندرسون از آزمایشگاه زسیت شناسی مولکولی MRC، کمبریج، انگلستان.”

تکنولوژی این میکروسکوپ، بیوشیمی را متحول کرد.

به زودی ممکن است بتوانیم تصاویر با کیفیتی از پیچیدگی های زندگی در قالب اتم ها را داشته باشیم. جایزه نوبل شیمی در سال ۲۰۱۷ به ژاک دوبوشه، جواهیم فرانک و ریچارد هندرسون برای توسعه میکروسکوپ الکترونی کریو اهدا گردید که هر دوی آن ها توانستند تصویربرداری از بیوملکول ها را آسان نمایند. این روش زیست شناسی به دوره های بعدی نیز منتقل شد.
عکس ها و تصاویر، کلید اصلی فهم و شناخت انسان هستند. پیشرفت های علمی اغلب به کمک تجسم کردن اشیایی که با چشم انسان قابل رویت نیست، شکل گرفته اند. با این وجود، در علم بیوشیمی پیشرفت علمی به دلیل عدم امکان تصویربرداری از ساختارهای مولکولی نقصان هایی وجود دارد. اما این مشکل با کمک میکروسکوپ الکترونی کریو حل گردید. در حال حاضر محققان می توانند بیوملوکول ها را در حین حرکت منجمد کرده و ارتعاشات آن ها را مشاهده کنند که تا به حال قادر به رویت آن ها نبودند، این تکنولوژی در شناخت اولیه شیمی حیات و در توسعه علم داروسازی تعیین کننده است.
مدتها به نظر میرسید میکروسکوپهای الکترونی تنها برای تصویربرداری از مواد مرده مناسب هستند، زیرا پرتو های قدرتمند الکترونی، مواد بیولوژیکی را از بین می بردند. اما در سال ۱۹۹۰، ریچارد هندرسون موفق به استفاده از میکروسکوپ الکترونی برای تهیه تصویر سه بعدی از یک پروتئین ساختار اتمی گردید. این پیشرفت، توان بالقوه فن آوری را ثابت کرد.
چواهیم فرانک موفق شد تا جنبه کاربردی این فناوری را به بالاترین حد خود برساند. بین سال های ۱۹۷۵ تا ۱۹۸۶ وی یک روش پردازش تصویربرداری ابداع کرد که در آن تصاویر دو بعدی و مبهم میکروسکوپ اکترونی گرفته و تحلیل می شدند و در قالب ساختار سه-بعدی به نمایش در می آمدند.
ژاک دوبوشه آب را نیز به میکروسکوپی الکترونی اضافه کرد. آب مایع در خلا میکروسکوپ الکترونی بخار می شود و باعث انقباض مولکول های زنده می شود. در اوایل دهه ۱۹۸۰ وی فرآیند بلورسازی آب را مورد بررسی قرار داد و آب را به گونه ای سریع خنک کرد که در همان حالت مایع خود به یک نمونه بیولوژیک تبدیل شده و به حالت جامد تبدیل می گردد و این امر به مولکول های زنده این امکان را می دهد تا حالت طبیعی خود را حتی در خلا حفظ کنند.
به دنبال این اکتشافات، میکروسکوپ های الکترونی به مرور زمان بهینه شده است. تصویربرداری و مشاهده در ابعاد اتمیک با کیفیت بالا در سال ۲۰۱۳ امکان پذیر گردید و محققین در حال حاضر می توانند به طور مرتب ساختارهای سه بعدی مولکول ها را ایجاد نمایند.

منبع: Nobel Prize in Chemistry 2017: Cryo-electron microscopy

نظری بدهید