ΒΡΑΒΕΙΟ ΝΟΜΠΕΛ ΧΗΜΕΙΑΣ 2014

Eric Betzig,  Αμερικανός, γεννήθηκε το 1960 στο Ann Arbor του Michigan. Διδακτορικό (Ph.D). 1988 από το Cornell University, Ithaca, NY, USA. Διευθυντής της ερευνητικής ομάδας στο Janelia Farm Research Campus, Howard Hughes Medical Institute, Ashburn, Virginia, ΗΠΑ [περισσότερα].	Stefan W. Hell, Γερμανός, γεννήθηκε το 1962 στην πόλη Arad, της Ρουμανίας. Διδακτορικό ( Ph.D). 1990 Πανεπιστήμιο Heidelberg, Germany. Διευθυντής στο Max Planck Institute για τη Βιοφυσική Χημεία,  Göttingen και Διευθυντής του Τμήματος German Cancer Research Center, Heidelberg, Γερμανία [περισσότερα].	William E. Moerner, Αμερικανός, γεννήθηκε το 1953 στην Pleasanton της California. Διδακτορικό (Ph.D.) το 1982 από το  Cornell University, Ithaca, NY, USA. Είναι Harry S. Mosher Professor στη Χημεία και επίτιμος Καθηγητής Εφαρμοσμένης Φυσικής στο Stanford  University, Stanford, California, ΗΠΑ [περισσότερα].

Με τη χρήση της νανομικροσκοπίας οι επιστήμονες μπόρεσαν να μελετήσουν και να "δουν" στο εσωτερικό των ζωντανών κυττάρων και των βιολογικών ιστών. Με τις τεχνικές αυτές μπορούν να διεισδύσουν στα κύτταρα του εγκεφάλου και να δουν πώς τα κύτταρα δημιουργούν συνάψεις μεταξύ των νευρικών κυττάρων του εγκεφάλου. Ακόμη, μπορούν να εξετάσουν τις πρωτεΐνες που λαμβάνουν μέρος στις ασθένειες Πάρκινσον, Αλτσχάιμερ και Χάντινγτον καθώς δημιουργούνται, μπορούν να εξετάσουν και να ξεχωρίσουν τις εξειδικευμένες πρωτεΐνες στα γονιμοποιημένα ωάρια καθώς αυτές διαιρούνται στα έμβρυα  του ανθρώπου. Αυτό ήταν ανέκαθεν το όνειρο των επιστημόνων: να μπορέσουν να διεισδύσουν στη δομή των βιολογικών μορίων. Οι κλασικοί μικροσκοπιστές, όπως ο Ernst Abbe, θεωρούσαν ότι η διακριτική ικανότητα ενός συστήματος μικροσκοπίας δεν θα μπορούσε να ξεπεράσει τα 0,2 μικρόμετρα (μm).

Οι Eric Betzig, ο Stefan W. Hell και William E. Moerner βραβεύονται το 2014 με το Βραβείο Νόμπελ Χημείας διότι κατάφεραν να ξεπεράσουν αυτά τα εμπόδια και όρια που έθετε η οπτική μικροσκοπία. 'Ετσι τώρα οι επιστήμονες είναι σε θέση να μελετήσουν τον νανόκοσμο σε όλες του τις λεπτομέρειες. Με το Βραβείο αυτό βρεβεύονται δύο βασικές αρχές. Η μία αφορά τη μέθοδο "μικροσκοπία εξαναγκασμένης απόσβεσης εκπομπής" (stimulated emission depletion microscopy, STED), που αναπτύχθηκε από τον Stefan Hell το 2000. Στη μέθοδο αυτή χρησιμοποιούνται δύο ακτινες λέιζερ, η μία διεγείρει τα φθορίζοντα μόρια ώστε να εκπέμψουν φθορισμό ("να λάμψουν"), ενώ η άλλη αναστέλλει τον φθορισμό εκτός από την περιοχή των νανομέτρων. Με την σάρωση πάνω από το δείγμα, νανόμετρο προς νανόμετρο, παράγεται μία εξαιρετική εικόνα με υψηλής διακριτικότητας.

Μικροσκόπιο STED χρησιμοποιούμενο για την απεικόνιση νανοσωματιδίων κατά την αλληλεπίδρασή τους με βιολογικές δομές: Αρχή και πειραματική διάταξη.

 

Οι άλλοι δύο επιστήμονες Eric Betzig και William Moerner, ερευνούσαν ξεχωριστά και έβαλαν τα θεμέλια για τη δεύτερη μέθοδο "Μικροσκοπία ενός μόνου μορίου"  (Single-Molecule Microscopy, SMM), η οποία στηρίζεται στην ικανότητα να μετατρέψει την ικανότητα φθορισμού των μορίων εναλλάξ θετικά και αρνητικά (on and off). Με τη μέθοδο αυτή οι επιστήμονες βλέπουν την εικόνα της ίδιας περιοχή για πολυλαριθμες φορές, αφήνοντας ολίγα διάσπαρτα μόρια να φθορίζουν (glow) κάθε φορά. Με την επικάλυψη των εικόνων αυτών μία έντονη υπερ-εικονα διακρίνεται σε επίπεδο νανοδιαστάσεων. Το 2006 ο Eric Betzig χρησιμοποίησε τη μέθοδο αυτή για πρώτη φορά. Σήμερα οι μέθοδοι χρησιμοποιούνται ευρύτατα στην έρευνα και σε πολλές πρακτικές εφαρμογές.

Μικροσκοπία ενός μόνου μορίου: αρχή και πειραματική διάταξη.

- Huang B, Bates M, Zhuang X: "Super-resolution fluorescence microscopy", Annu Rev Biochem. 78:993-1016, 2009 (PubMed).

- Scientific Background on the Nobel Prize in Chemistry 2014: "SUPER-RESOLVED FLUORESCENCE MICROSCOPY".

Επιμέλεια κειμένου: Θανάσης Βαλαβανίδης, Καθηγητής

8/10/2014