Letošní Nobelovu cenu za chemii obdrželi od stockholmského Karolinského institutu vědci Jacques Dubochet, Joachim Frank a Richard Henderson. Jejich výzkum se podíval do nitra buňky a díky tomu dokážeme sledovat život na zatím nejmenší možné úrovni. Prostřednictvím této technologie se například podařilo prozkoumat virus Zika.
Blíží se doba, kdy získáme detailní snímky základů života na atomární úrovni. Vděčíme za to právě výzkumu trojice vědců, kteří za to dnes dostali Nobelovu cenu za chemii. Zásadním způsobem totiž přispěli ke vzniku takzvaného kryo-elektronového mikroskopu.
Ten zjednodušuje a vylepšuje zobrazování biomolekul – což vědcům umožňuje pohlédnout přímo do nitra živé hmoty. „Metoda posunula biochemii na úplně jinou úroveň,“ uvádí zpráva Karolinského institutu.
- Jacques Dubochet se narodil roku 1942 ve švýcarském Aigle, promoval na Ženevské univerzitě v roce 1973. V současné době je čestným profesorem na univerzitě v Lausanne.
- Joachim Frank se narodil roku 1940 v německém Siegenu, vystudoval na univerzitě v Mnichově. V současnosti působí na Columbia University v New Yorku.
- Richard Henderson se narodil roku 1945 ve skotském Edinburghu. Doktorát získal na Cambridge ve Velké Británii, působí zde dodnes.
Obraz je klíčem pro pochopení problému. Vědecké přelomy velmi často vycházejí právě z úspěšného zobrazení jinak neviditelných předmětů – o biochemii to platí trojnásob. Jenže právě tato věda s tím měla dlouhá léta problém: existující přístroje nedokázaly části živých organismů zobrazovat tak detailně.
Rozdíl mezi tím, jak jsme viděli živou hmotu před objevem kryo-elektronového mikroskopu – a pomocí něj:
Kryo-elektronové mikroskopy to zcela změnily. Tento přístroj umožňuje studovat struktury a prostorové uspořádání izolovaných komplexů bílkovin a nukleových kyselin téměř až na úroveň atomů, anebo zobrazit tyto komplexy přímo uvnitř buňky na molekulární úrovni. Ze získaných informací pak mohou vědci odvodit mechanismy funkce studovaných biomolekul a poznatky využít například pro vývoj cílených léčebných postupů.
Vědci s nimi mohou zmrazit biomolekuly uprostřed pohybu a vizualizovat procesy, které si dříve jen představovali. Richard Henderson jako první uspěl roku 1990, Joachim Frank zase přispěl k tomu, že se tato technologie stala obecně dostupnou. Jacques Dubochet do tohoto přístroje dodal vodu – v tekuté podobě se vypařuje, takže ji zmrazil kolem biologického vzorku. Díky tomu se molekuly udrží stabilními i ve vakuu a nekolabují. Roku 2013 se pak vědci dostali na rozlišení na úrovni atomů.
Tento výzkum není jen teoretický, má zásadní dopad na praktický život, konkrétně na medicínu. Díky této technologii se například podařilo prozkoumat virus Zika, sledují pomocí ní také proteiny, které jsou zodpovědné za odolnost bakterií proti antibiotikům – jedné z největších hrozeb současnosti.
Česká stopa vede do Brna
V Česku tento přístroj vlastní a používají vědci ve Středoevropském technologickém institutu Masarykovy univerzity (Ceitec MU). Od roku 2014 tam mají kryo-elektronový mikroskop FEI Titan Krios.
Tento mikroskop umožňuje zobrazení makromolekul a buněk v tzv. vitrifikovaném stavu. Na rozdíl od standardních přístupů elektronové mikroskopie jsou biologické vzorky uchovány v jejich přirozeném prostředí a rychle zamrazeny – vitrifikovány – na teplotu přibližně -200 °C, při níž nedochází k jejich deformaci či poškození. Elektronový svazek mikroskopu však může proniknout vzorky pouze o tloušťce do 0,5 mikrometru, a proto je příprava biologických vzorků náročná. K tomu slouží vědcům z Ceitecu speciální vitrifikační robot, který umožňuje přípravu tenkých vzorků (100–200 nanometrů) za opakovatelných podmínek.
„Vysoké rozlišovací schopnosti mikroskopu také kladou speciální požadavky na prostory, ve kterých může být takový mikroskop umístěn. Expozice vzorku trvá kolem jedné sekundy, kdy se nesmí vzorek ani přístroj pohnout byť o desetinu nanometru (10–10 m). Sebemenší vibrace během expozice by totiž znemožnily přesná měření. Přístroj vysoký čtyři metry vážící 2000 kilogramů a vyžadující napětí 300 kilovoltů musí proto být umístěn ve speciálně postavených prostorech s oddělenými základy, které izolují mikroskop od vibrací celé budovy. Navíc, místnost musí být izolována od jakýchkoli rušivých elektromagnetických polí. Proto ani nemohou jezdit v blízkosti budovy s mikroskopy tramvaje či trolejbusy, které by způsobovaly silné vibrace a narušovaly elektromagnetické pole a elektronový svazek v mikroskopu,“ uvádí Masarykova univerzita.
Odměna za Nobelovu cenu
Ocenění je třetím ze šestice letošních Nobelových cen. Vedle medaile a diplomu čeká na laureáty i finanční prémie, která bude letos větší než obvykle: ještě loni byla každá kategorie dotována částkou osmi milionů švédských korun (22,5 milionu korun), letos to je o milion švédských korun více.
- Nobelovu cenu zatím dostali jen dva Češi:
Jaroslav Heyrovský
1959 - Nobelova cena za chemii
Jaroslav Seifert
1984 - Nobelova cena za literaturu - Na Nobelovu cenu sice bylo nominováno mnoho Čechů, nakonec ji však nezískali. Byli to například:
Edvard Beneš
Nobelova cena míru
Karel Čapek
Nobelova cena za literaturu
Milan Kundera
Nobelova cena za literaturu
Jiří Hájek
Nobelova cena míru
Václav Havel
Nobelova cena míru
Tomáš Garrigue Masaryk
Nobelova cena míru
Emil Votoček
Nobelova cena za chemii
František K. Studnička
Nobelova cena za fyziologii a lékařství
Ve čtvrtek se bude udělovat cena za literaturu, v pátek za mír a příští pondělí za ekonomii. Nobelovu cenu za lékařství a fyziologii dostali v pondělí Jeffrey C. Hall, Michael Rosbash a Michael W. Young, jejich výzkum přispěl k pochopení cirkadiánního rytmu. V úterý dostali Nobelovu cenu za fyziku Rainer Weiss, Barry C. Barish a Kip S. Thorne - měli klíčovou roli v objevu gravitačních vln na detektoru LIGO.
- Nobelova cena je udělována každoročně od roku 1901 na základě poslední vůle švédského vědce a průmyslníka Alfreda Nobela, vynálezce dynamitu. Ve všech oblastech, v nichž je udělována, je považována za nejprestižnější ocenění.
