De Nobelprijs voor scheikunde 2017, uitgelegd in 500 woorden

Асуудлыг Арилгахын Тулд Манай Хэрэгслийг Туршиж Үзээрэй

De prijs gaat naar de uitvinders van een gave microscoop.

Een samengesteld beeld van een cryo-elektronenmicroscopie-dichtheidskaart met lage resolutie, een kaart met hoge resolutie en aangepaste atomaire coördinaten voor het enzym β-galactosidase.

Veronica Falconieri, Sriram Subramaniam, National Cancer Institute, National Institutes of Health

De Nobelprijs voor scheikunde dit jaar gaat naar de drie pioniers van cryo-elektronenmicroscopie, een techniek die nauwkeurige en gedetailleerde foto's maakt van levende wezens op atomaire schaal.

Gedurende tientallen jaren ontwikkeld door laureaten Jacques Dubochet van de Universiteit van Lausanne in Zwitserland, Joachim Frank van de Columbia University en Richard Henderson van het MRC Laboratory of Molecular Biology in het Verenigd Koninkrijk, is cryo-elektronenmicroscopie een zeldzaam staaltje van wetenschap en techniek dat ervoor zorgt dat dingen zowel eenvoudiger als beter. Met behulp hiervan hebben wetenschappers 3D-beelden met een hoge resolutie gemaakt om kankermedicijnen richten en demystificeren de Zika-virus .

Het is zo'n waardevol hulpmiddel geworden dat vorig jaar de Nationale gezondheidsinstituten noemde cryo-elektronenmicroscopie zijn methode van het jaar. De waarnemend directeur van het National Cancer Institute merkte op dat hij bijzonder enthousiast was over het potentieel voor het bevorderen van structurele biologie en de ontwikkeling van kankergeneesmiddelen.

Een cryo-elektronenmicroscoop.

Noordwestelijke Universiteit

Voorheen moesten onderzoekers drastische afwegingen maken als ze in de kleinste eenheden van het leven wilden kijken. Visualisaties van de celfunctie vereisten omslachtige kleurstoffen, vlekken of labels die hun gedrag zouden veranderen en slechts een grof beeld in slechts twee dimensies zouden opleveren.

Dit liet opvallende blinde vlekken achter in het begrip van wetenschappers van de moleculaire biologie. De meesten hadden een idee van welke componenten belangrijk waren, maar waren wazig over hoe ze eruit zagen en welke functies ze uitvoerden. Dit gold vooral voor de structuren die verband houden met DNA, de blauwdruk voor alle levende wezens.

Maar in de jaren tussen 1975 en 1986 ontdekte Frank hoe hij tweedimensionale microfoto's aan elkaar kon naaien om een ​​scherp 3D-beeld te krijgen. In 1990 kon Henderson deze techniek gebruiken om een ​​eiwit in 3D tot in zijn atomen te visualiseren met een elektronenmicroscoop.

Dubochet zorgde begin jaren tachtig voor het laatste stukje van de puzzel. Hij ontdekte dat door een monster snel af te koelen voordat het in een elektronenmicroscoop wordt geplaatst, water een stevige schaal zou vormen zonder te bevriezen, waardoor biologische structuren in hun oorspronkelijke vorm behouden blijven terwijl ze worden gescand.

Wat al deze stappen uiteindelijk opleverden, was het vermogen om biologisch nauwkeurige snapshots te maken van de kleinste machinerie van het leven midden in de beweging. Dat geeft wetenschappers weer een meer gedetailleerde kijk op ziekten en de kans om betere medicijnen te ontwikkelen.

In het Zika-virus vonden wetenschappers bijvoorbeeld unieke onderdelen van de structuur van de ziekteverwekker met behulp van cryo-elektronenmicroscopie, het identificeren van een potentieel doelwit voor een vaccin.

Een model van de structuur van het Zika-virus geproduceerd met cryo-elektronenmicroscopie

Koninklijke Zweedse Academie van Wetenschappen

Cryo-elektronenmicroscopie is snel verbeterd sinds het begin, omdat ingenieurs betere hardware hebben ontwikkeld, met visualisaties die gaan van vormeloze klodders tot gedetailleerde structuren, zoals hier te zien is:

Martin Högbom/De Koninklijke Zweedse Academie van Wetenschappen

En de techniek wordt nog steeds beter. Wetenschappers zeggen van wel nog steeds kort van de bovenste fysieke limiet van zijn resolutie en ze anticiperen op betere visualisaties van biologische structuren in de komende jaren. De drie laureaten zullen de $ 1,1 miljoen aan prijzengeld gelijkelijk verdelen.

Dit is de derde prijs die deze week door het Nobelcomité is aangekondigd, waarbij de Nobelprijs voor geneeskunde of fysiologie gaat naar wetenschappers die werken aan circadiaanse ritmes en de Nobelprijs voor natuurkunde toegekend aan onderzoek naar zwaartekrachtsgolven .