Det er sejt! Flash-frosne billeder afslører molekylær verden

En banebrydende teknik, der blev tildelt Nobelprisen i kemi i onsdags, har gjort det muligt for videnskabsmænd, ved brug af ujordiske kolde temperaturer, at producere udsøgt detaljerede billeder af de mindste strukturer i celler.

Hvad er kryo-elektronmikroskopi?

Teknikken

Spøgende kaldt den "seje metode" af Nobelkomiteen, det ville mere præcist blive beskrevet som utroligt, frygtelig koldt.

Forskere afkøler omhyggeligt forberedte prøver af væv eller celler til underfrysningstemperaturer på omkring minus 200 grader Celsius (minus 328 grader Fahrenheit), nogle gange koldere.

Dette nærmer sig temperaturen i de store kløfter mellem stjerner og galakser i rummet, som rutinemæssigt falder til minus 270 grader celsius.

Et mål med dybfrysning af prøver er at standse aktiviteten af ​​molekyler inde i dem, så forskerne kan tage mindre slørede snapshots.

"Ligesom i gamle dage, hvor folk sagde 'ost', og alle måtte ikke bevæge sig (for et billede)... det er i bund og grund det, vi gør ved at køle tingene ned, "Andrea Sella, professor i kemi ved University College London, fortalte AFP.

Svarende til en gammeldags diasprojektor, videnskabsmænd skyder derefter elektroner gennem den frosne prøve for at belyse den og afsløre dens detaljer på atomniveau.

Teknikken, kendt som cryo-EM for kort, betragtes som et stort fremskridt inden for røntgenkrystallografi, i sig selv stadig et afgørende værktøj.

Det gjorde det muligt for videnskabsmænd at fange det første billede af DNA. Men problemet er, at det kræver, at prøver skal "krystalliseres", før de kan zappes med røntgenstråler for at producere et billede.

"Faktisk er det meget svært at krystallisere proteiner, og du kan ikke gøre dette med alle proteiner, " sagde Sjors Scheres fra Medical Research Council Laboratory of Molecular Biology i Cambridge, England.

Oven i købet, krystallografi kræver, at forskere fjerner molekylerne fra en celle, dermed ændre deres naturlige tilstand.

Cryo-EM, på den anden side, fryser et molekyle i tid og rum.

"Det (kryo-elektronmikroskopi) giver dig virkelig et udsøgt detaljeret billede af indersiden af ​​vores verdens maskineri, om det er materialer eller celler, sagde Sella.

Dens anvendelser

Billeder af de mindste detaljer af celler og deres maskineri, give videnskabsfolk værktøjerne til at forstå selve livets byggesten.

rent faktisk at se strukturerne i en celle, hvordan de er forbundet og arbejder sammen, har massive konsekvenser for behandling og forebyggelse af sygdom lige fra Alzheimers til Zika.

I tilfælde af Alzheimers, cryo-EM har afsløret strukturen af ​​et enzym kaldet secretase. Det producerer et stof, der menes at bidrage til demens.

"Det er som et kort, " sagde John Hardy, professor i molekylærbiologi ved University College London, henviser til billeder fremstillet ved kryo-elektronmikroskopi.

"Du vil vide, hvor du skal målrette dine bomber... det giver os præcis strukturen, så vi ved præcis, hvad vi skal angribe, " han tilføjede.

Nobelskemikomiteen bemærkede, at teknikken har hjulpet med at fylde videnskabelige tidsskrifter med "billeder af alt fra proteiner, der forårsager antibiotikaresistens til overfladen af ​​Zika-virussen."

Det har også potentialet til at fange nøgleøjeblikke i en celles liv, såsom at blive angrebet af en virus, giver således uvurderlige ledetråde om, hvordan infektioner invaderer.

Forskere håber, at de vigtigste cryo-EM-opdagelser endnu ikke er kommet.

"I morgen, intet vil ændre sig for den (gennemsnitlige) mand på bussen, men for hans børn vil det forhåbentlig have ført til en hel række nye kure, sagde Scheres.

© 2017 AFP