„Mohol by prosím niekto niečo urobiť s rozlíšením?“ opýtal sa profesor Sven Lidin na úvod svojho prejavu pri príležitoti odovzdávanie Nobelovej ceny za chémiu, pričom si kriticky premeral plátno, na ktorom boli premietnuté rozostrené fotografie ocenených. „To je otázka, ktorú si mikroskopisti kládli po mnohé roky,“ obrátil sa k zúčastneným.

Skvalitnenie obrazu získaného prostredníctvom mikroskopie bolo už oddávna veľkou výzvou. Vďaka trom oceneným vedcom je to dnes realitou a vedci môžu sledovať aj javy, ktoré im predtým neboli dostupné.

Fluorescenčná mikroskopia s vysokým rozlíšením umožňuje sledovať delenie buniek na nanoleveloch, molekulárne procesy v reálnom čase či zhlukovanie proteínov spojených s rôznymi ochoreniami. Prínosné tak môžu byť napríklad aj pri štúdiu niektorých ochorení, ako sú Alzheimerova či Parkinsonova choroba.

Molekuly už nie sú len zhlukom

K vývoju nanoskopie prispeli laureáti dvoma rôznymi spôsobmi. Stefan W. Hell vyvinul metódu STED (z angl. stimulated emission depletion), vďaka ktorej bol schopný stimulovať pomocou lasera fluorescentné molekuly, čiže ich rozsvecovať, a zároveň „zhasínať“ tie, ktoré nemá byť vidieť.

„Technikou STED, za ktorú dostal Hell Nobelovu cenu, je možné pri dostatočne citlivých fluorescenčných značkách dosiahnuť aj vysoké časové rozlíšenie, a teda sledovať dynamiku procesov v bunkách,“ vysvetľuje Alexandra Zahradníková z Ústavu molekulárnej fyziológie a genetiky SAV.

                                Laureáti Nobelovej ceny za chémiu, zdroj: nobelprize.org

Eric Betzig a William E. Moerner zase každý sám, nezávisle od seba, významne prispeli k rozvoju mikroskopie jednotlivých molekúl. Doteraz mohli vedci sledovať len zhluky molekúl. Táto metóda môže napríklad napomôcť aj skúmaniu vývoja rôznych ochorení.

Ani vírus sa neskryje

Sven Lidin vo svojom súhrnnom prejave vysvetlil, že vedci boli doteraz schopní sledovať objekty s minimálnou veľkosťou 0,2 mikrometra, respektíve 200 nanometrov, čo je zhruba polovica vlnovej dĺžky svetla. Túto hranicu určil jeden z priekopníkov mikroskopie, Ernst Abbe, už v roku 1873. Elektrónová mikroskopia zároveň neumožňovala štúdium živých buniek alebo procesov, ktoré sa v nich odohrávajú.

Čím menší objekt bol a čím viac sa približoval k tejto hranici, tým nepresnejší bol jeho obraz. Napríklad pri mitochondriách s dĺžkou 1 mikrometer bolo pri klasickej optickej mikroskopii možné vidieť ich tvar, ale nie vnútornú štruktúru. Vďaka ocenenej technike možno teraz pozorovať dokonca aj vírusy, proteíny či malé molekuly, ktoré sa nachádzajú pod hranicou 0,2 mikrometrov.

Použitím fluorescentných molekúl pozdvihli Betzig, Hell a Moerner optickú mikroskopiu na nový level. Teoreticky už žiadna štruktúra nie je príliš malá na to, aby bola študovaná. „Tohtoročná cena je o tom, ako sa z optického mikroskopu stal nanoskop,“ povedal Staffan Normark, stály sekretár švédskej Kráľovskej akadémie vied.

Limit obmedzujúci možnosti mikroskopie stanovený Ernstom Abbem, zdroj: nobelprize.org

Bunky už možno študovať aj živé

„Fluorescenčené zobrazovanie s vysokým rozlíšením má význam všade tam, kde je potrebné pracovať so živými bunkami alebo vidieť jemné štruktúry či polohu jednotlivých molekúl, a to bez predchádzajúceho, dlhodobého opracovania vzorky,“ objasňuje Alexandra Zahradníková.

Doteraz to tak jednoduché nebolo, pokračuje: „Príprava vzorky pre elektrónovú mikroskopiu znamená ˌzabitieˈ a vysušenie bunky a vyžaduje si náročné a dlhodobé spracovanie.“

Pri elektrónovej mikroskopii je navyše niekedy veľmi náročné od seba rozpoznať štruktúry v bunke. Fluorescenčná mikroskopia nám umožňuje vidieť jednotlivé fluoreskujúce molekuly, ktoré sa dokonca dajú aj farebne odlíšiť.

Na Slovensku zatiaľ taký prístroj nemáme

Na našom území sa zatiaľ žiadna z ocenených techník nenachádza. „Jedným z dôvodov môže byť aj vysoká obstarávacia cena, ktorá je zhruba 500.000 – 800.000 eur, plus DPH. V Českej republike sa nachádzajú dve laboratóriá s týmito technikami,“ hovorí Zahradníková.

Nové metódy mikroskopie však neostávajú na jednom mieste. Základy položené tohtoročnými laureátmi sa stali odrazovým mostíkom pre viaceré nanoskopické techniky, ktoré sa šíria po celom svete. Ich význam je výnimočný a svoje uplatnenie nachádzajú najmä v prírodných a lekárskych vedách.

Samotní ocenení techniky dokonca konkrétne aplikujú vo svojich vlastných výskumoch. Moerner študoval proteíny v súvislosti s Huntingtonovou chorobou, Hell nahliadol do živých nervových buniek a Betzig sledoval delenie buniek v embryách.

„Mikroskopia s vysokým rozlíšením nám nehovorí iba kde, ale aj kedy a ako. A v tom je veľkosť tohto vývoja,“ ocenil prácu laureátov Sven Lidin.

------------------------------------------------------------------------------------------------------

Nobelove ceny budú laureátom slávnostne odovzdané v deň výročia úmrtia Alfreda Nobela 10. Decembra v Štokholme.

Zajtra okolo 13.00 hod. bude slávnostne vyhlásená Nobelova cena za literatúru. Priamy prenos z podujatia si môžete pozrieť tu.