Nanoszkópiáért hárman kapták megosztva a kémiai Nobel-díjat

2014. október 08., 16:32 forrás: MTI
hozzászólás
Nanoszkópiáért két amerikai és egy német tudós, Eric Betzig, William E. Moerner és Stefan Hell kapta megosztva az idei kémiai Nobel-díjat - jelentették be szerdán a Svéd Királyi Tudományos Akadémián Stockholmban.
hirdetes_kapcsolo: 1
data['nincs_banner']: 0
G->reklam_mentes: 0

Hosszú időn keresztül az optikai rendszerek térbeli felbontóképességének az úgynevezett diffrakciós limit szabott határt, az a legkisebb távolság, amelynél a tárgypontok még különálló képpontokként képződnek le. Ez a fény hullámhosszának a fele. E leküzdhetetlennek hitt fizikai akadályon a fluoreszkáló molekulák segítségével sikerült túljutniuk az idei kémiai Nobel-díjasoknak.

Eric Betzig, William E. Moerner és Stefan Hell munkásságának köszönhetően az optikai képalkotó rendszerek már képesek nanométeres (a milliméter milliomod része) tartományban zajló folyamatokat is megfigyelni.

A bizottság indoklása szerint napjainkban a nanoszkópiai módszereket világszerte alkalmazzák. Az eljárás egyebek közt lehetővé tette az élő sejteken belül az egyes molekulák nyomon követését és annak megfigyelését, hogyan képződnek szinapszisok az idegsejtek között vagy miként alakulnak ki a patológiás fehérjeelváltozások olyan betegségekben, mint az Alzheimer-, a Parkinson- vagy a Huntington-kór.

A bizottság két különböző módszert díjazott. Az egyik a stimulált emisszió-depléció (stimulated emission depletion, STED), amelyet Stefan Hell dolgozott ki 2000-ben. Az eljárás során két lézernyalábot alkalmaznak: az egyikkel gerjesztik a fluoreszcens molekulákat, a másikkal visszakényszerítik alapállapotukba, kivéve a nanométer nagyságú struktúrákat. A mintát nanométerről nanométerre letapogatva kapják az optikai mikroszkópoknál nagyságrendekkel nagyobb felbontású képeket.

Eric Betzig és William E. Moerner egymástól külön dolgozta ki a másik eljárást, az egymolekula-mikroszkópia alapjait, amely az egyes fluoreszcens molekulák fénykibocsátásának ki- és bekapcsolásán alapul. Ugyanarról a területről készített számtalan felvétel mindegyike csupán az éppen világító molekulákat "ragadja ki", ám e képek "összesítése" eredményezi a nanométeres felbontású felvételeket.

Eric Betzig 1960-ban született a Michigan állambeli Ann Arborban. Tanulmányait a Kaliforniai Műszaki Egyetemen (Caltech) és a Cornell Egyetemen végezte fizikusként. Diplomamunkáját a fénymikroszkópiában áttörést jelentő közeli tér optika nevű módszer kifejlesztéséről írta. A technológiát finomítva kutatta annak gyakorlati felhasználási lehetőségeit, köztük az adattárolást, a félvezetős spektroszkópiát és a szuperrezolúciós fluoreszcens képalkotást a sejtekről. A Howard Hughes Orvosi Kutatóintézet vezető munkatársa, biológiai célú optikai képalkotási technológiák kifejlesztésével foglalkozik.

William E. Moerner 1953-ban született a kaliforniai Pleasantonben. A Cornell Egyetemen szerzett Ph.D. fokozatot, előtte a St. Louis-i Washington Egyetemen tanult. Matematikus és fizikus, 1981 és 1995 között az IBM kutatási részlegének tagja volt. Több egyetemen - például a Kaliforniai Egyetem San Diegó-i intézményénél - vendégtanárként dolgozott, 1998 óta a Stanford Egyetem kutatója, fizikai kémiával/kémiai fizikával, többek közt a sejteken belüli molekulák távoltér és közeli tér optikai képalkotásával és spektroszkópiával, a sejtek háromdimenziós szuperrezolúciós képalkotását szolgáló módszerek, valamint a fény és az anyag közötti fokozott interakciókat előidéző nanoantennák kifejlesztésével foglalkozik.

Stefan W. Hell 1962-ben született Aradon. 1990-ben a Heidelbergi Egyetemen szerzett Ph.D. fokozatot. 1991 és 1993 között az európai molekuláris biológiai laboratóriumban dolgozott, majd kutatott a Turkui Egyetemen és Oxfordban. 1997-ben került a göttingeni Max Planck Biofizikai Kémiai Intézethez. 2002 óta az intézmény igazgatója, a nanobiofotonikai részleg létrehozója. Kísérleti fizikát tanít a Göttingeni Egyetemen, elméleti fizikát a Heidelbergi Egyetemen. 2003 óta ő vezeti a német rákkutatási központ nagyfelbontású optikai mikroszkópiával foglalkozó részlegét Heidelbergben.

 

Homolya László: óriási a nanoszkópia orvosbiológiai jelentősége

A nanoszkópia biológiai-orvosbiológiai jelentőségére hívta fel a figyelmet az idei kémiai Nobel-díjasok munkásságát értékelve Homolya László, a Magyar Tudományos Akadémia (MTA) doktora.

"Hosszú időn át jelentett nagy kihívást az optikai mikroszkópiában a felbontás határa, az úgynevezett diffrakciós limit. A fényelhajlás jelensége ugyanis határt szab annak, hogy egymástól milyen távolságban lévő két pontot tudunk a mikroszkóp alatt megkülönböztetni. Ez a fény hullámhosszának körülbelül a fele, a milliméter kétezred-ötezred része, ennél kisebb mérettartományban lévő struktúrákat már nem lehet optikai mikroszkóppal vizsgálni" - magyarázta az MTA TTK Enzimológiai Intézetének tudományos tanácsadója.

Ismertetése szerint nagyon sokan dolgoztak azon, hogy túllépjék a diffrakciós limitet, amelyet még 1873-ban határozott meg Ernst Abbe német matematikus és fizikus. A sejteket ugyan lehet vizsgálni optikai mikroszkóppal, hiszen átmérőjük körülbelül 10-30 mikrométer (mikrométer a milliméter ezredrésze), a sejteken belüli struktúrák azonban már nem. Az évek során több lehetséges megoldás is született, ezek közé tartozik az elektronmikroszkóp, az eljárás azonban speciális technikát igényel és élő sejteken nem alkalmazható.

"Stefan Hell, Eric Betzig és William E. Moerner munkásságát azért ismerték el Nobel-díjjal, mert trükkös optikai megközelítésekkel át tudták lépni az Abbe-törvény által meghatározott felbontási határt. Így született a szuperrezolúciós mikroszkópos technológia" - emelte ki a lendületes kutató, az MTA 2012-es kiválósági pályázatának nyertese, aki egy évet töltött az amerikai Nemzeti Egészségügyi Intézetben (NIH) egyebek közt a szuperfelbontású mikroszkópiát tanulmányozva.

Mint kifejtette, a szuperrezolúciós mikroszkópiának több technikai megoldása is van. Az egyiket, a STED-eljárást, a stimulált emissziós kioltást az aradi születésű Stefan W. Hell dolgozta ki.

"A fluoreszcens mikroszkópiában a fényelhajlás miatt kiterjedése van a pontnak. A STED-módszer lényege, hogy két lézerimpulzust alkalmaz: az első gerjeszti a molekulát, a másik alapállapotba juttatja vissza, így az eredeti gerjesztés helyét sokkal pontosabban meg lehet határozni" - fogalmazott Homolya László.

Eric Betzig és William E. Moerner a szuperrezolúció elérésének más megközelítését választotta.

"Nagyon érdekes a Janelia Farm Research Campus kutatóintézetben dolgozó Eric Betzig története, aki a PALM-eljárást, a fotoaktiválható lokalizációs mikroszkópia módszerét dolgozta ki. Állástalan fizikusként saját háza nappalijában barkácsolta barátjával 2005-ben a berendezést, amelyre felfigyeltek az NIH-ben és Kaliforniából a keleti partra hívták a kutatót, hogy dolgozza ki az eljárást. A technológia lényege, hogy kisenergiájú lézerimpulzusokkal gerjesztik a molekulákat, s ezek véletlenszerű felvillanásairól rengeteg képet készít az automatizált számítógépes rendszer. A felvételek alapján pontosan azonosítani lehet a molekulák helyét, gyakorlatilag egyes molekulák szintjén lehet végezni a meghatározásokat. Hasonló elven alapul a harmadik Nobel-díjas, William E. Moerner eljárása is, amely szintén a lokalizációs mikroszkópia egy válfaja" - részletezte a kutató.

A szuperrezolúciós mikroszkópia jelentőségét taglalva Homolya László rámutatott, hogy nagyon sok betegség köthető a sejteken belüli struktúrákhoz, például a mitokondriumokhoz. Számos olyan kóros folyamat van, amelyekre a sejteken lerakódások keletkeznek. Ilyen például az Alzheimer-kór, amelynél egy kóros fehérje, a béta-amiloid lerakódásai keletkeznek az agy meghatározott részein. A Nobel-díjat eredményező eljárásokkal nyomon követhető az is, hogy miként viselkednek a sejteken belül a vírusok.

hozzászólás

Facebook

Hozzászólások