NaukaSylwetki

Wszystko co warto wiedzieć o noblistach z chemii

Tegoroczną Nagrodą Nobla z chemii podzielili się Jacques Dubochet, Joachim Frank i Richard Henderson, dzięki którym nauka zyskała nowe narzędzie badawcze – mikroskopię krioelektronową. Pozwala ona badać z dużą rozdzielczością strukturę cząsteczek biologicznych w roztworze, uprzednio zamrożonych w temperaturze ciekłego azotu.


Autor: Paweł Wernicki, naukawpolsce.pap.pl


 

Królewska Szwedzka Akademia Nauk doceniła ich – jak uzasadniono w środę podczas konferencji w Sztokholmie – “za prace nad metodą mikroskopii krioelektronowej, pozwalającej na określanie w wysokiej rozdzielczości struktury biocząsteczek w roztworach”.
Mówi się, że jeden obraz wart jest tysiąc słów. Mikroskop, teleskop, promieniowanie rentgenowskie, mikroskop elektronowy, ultrasonografia, rezonans magnetyczny – pozwoliły dostrzec to, co wcześniej było niedostrzegalne i miały przełomowe znaczenie zarówno dla nauki teoretycznej, jak i stosowanej. Ukazały niewidoczne dla ludzkiego obiekty i zjawiska, których istnienia i natury wcześniej można się było tylko domyślać.

 

Mikroskopia krioelektronowa obrazuje maleńkie cząsteczki biologiczne lepiej i prościej. Umożliwia oglądanie kluczowych dla naszego życia białek z rozdzielczością pozwalającą dostrzec poszczególne atomy. Pozwala zobaczyć białka w ich naturalnym środowisku, a także badać ich interakcje zachodzące bezpośrednio w komórkach. Wcześniej badanie tych białek opierało się na mającej niską rozdzielczość mikroskopii świetlnej – albo na technikach polegających na uprzednim usunięciu białek z ich naturalnego środowiska.

 

Tradycyjna mikroskopia elektronowa pozwala osiągnąć znacznie wyższą rozdzielczość, niż mikroskop świetlny, ale wymaga kłopotliwych zabiegów: próbkę trzeba poddać działaniu toksycznych związków chemicznych lub pokryć ją cieniutką warstwą metalu, na przykład złota. Takie czynności niszczą jednak naturalne struktury. Także sama wiązka elektronów działa niszcząco na białka czy wirusy. Dlatego na biochemicznych mapach wciąż pozostawały białe plamy – niektórych białek nie udawało się zobrazować.

 

Dr hab. Nowotny o Noblu z chemii: jesteśmy świadkami prawdziwego przełomu – przejdź do artykułu

 

Mikroskopia krioelektronowa nie wymaga tak kłopotliwych zabiegów przygotowawczych. Badane próbki są zamrażane za pomocą etanu, schłodzonego przy pomocy ciekłego azotu, a następnie oglądane w wysokiej próżni za pomocą mikroskopu elektronowego (obraz tworzony jest przy użycia komputera). Możliwe jest zamrożenie białek “na gorącym uczynku” i dostrzeżenie procesów wcześniej niewidzianych. Ma to ogromne znaczenie nie tylko dla zrozumienia procesów życiowych, ale i opracowania nowych leków.

 

Jeden z tegorocznych noblistów – Joachim Frank – rozwinął technikę mikroskopii elektronowej, rozszerzając jej zastosowanie. Pomiędzy rokiem 1975 a 1986 opracował metodę obróbki obrazu, która dzięki analizie rozmytych, dwuwymiarowych obrazów z mikroskopu elektronowego pozwoliła uzyskać ostry obraz trójwymiarowy, o wyjątkowo dużej głębi ostrości.

 

Drugi z noblistów – Jacques Dubochet – rozwiązał problem wody. Próżnia panująca w mikroskopie elektronowym sprawia, że woda odparowuje, a pozbawione jej wsparcia cząstki biologiczne ulegają zniekształceniu. Na początku lat 80. XX wieku Dubochetowi udało się zeszklić (zwitryfikować wodę) – ochłodzić ją tak szybko, że stała się szklistym ciałem stałym, co pozwoliło cząsteczkom biologicznym zachować naturalny kształt.

 

W roku 1990 Richard Henderson – trzeci nagrodzony Noblem – po raz pierwszy dzięki mikroskopowi elektronowemu uzyskał trójwymiarowy obraz białka, mający rozdzielczość sięgającą atomów.
Wprowadzane z czasem udoskonalenia sprawiły, że obecnie badacze analizując komputerowo obrazy wielu identycznych cząsteczek biologicznych rutynowo tworzą obrazy trójwymiarowej struktury takiej cząsteczki – od białek pozwalających bakteriom uniknąć działania antybiotyku po szczegóły budowy powierzchni wirusa Zika. Rozwój biochemii uległ ogromnemu przyspieszeniu.


Jacques Dubochet – ojciec mikroskopii krioelektronowej z poczuciem humoru



Zamiłowanie do naukowych wyjaśnień noblista Jacques Dubochet rozwinął, gdy jako dziecko bał się ciemności i sprawdził, dlaczego Słońce zachodzi. Badał też jak radzić sobie ze zdiagnozowaną u niego dysleksją. Dziś uznawany jest za głównego twórcę mikroskopii krioelektronowej.


Autor: Zbigniew Wojtasiński, Ewelina Krajczyńska


Szwajcarski naukowiec wraz z Niemcem Joachimem Frankiem z Columbia University oraz Brytyjczykiem Richardem Hendersonem z Cambridge University zostali laureatami tegorocznej Nagrody Nobla w dziedzinie chemii – za prace związane z obrazowaniem dużych cząsteczek biologicznych w rozdzielczości niemal atomowej.
W swoim życiorysie Jacques Dubochet napisał, że urodził się 8 czerwca 1942 r. w Aigle w Szwajcarii, ale „w 1941 r. został poczęty przez optymistycznych rodziców”. Już przed laty wróżono mu Nagrodę Nobla. Sięgające dzieciństwa początki jego kariery naukowej, jak wspomina, miał jednak trudne.

 

Twierdzi, że zamiłowanie do nauki, a konkretnie do naukowych wyjaśnień, rozwinęło się w nim, kiedy miał zaledwie cztery lata i panicznie bał się ciemności. Nie lubił zmroku i zachodzącego słońca. Zamiast uciekać przed nocą do sztucznego światła postanowił zbadać, dlaczego Słońce zachodzi. Poszedł do biblioteki, zaczął czytać książki na ten temat i znalazł wyjaśnienia u Kopernika, że to dlatego, ponieważ Ziemia krąży dookoła Słońca.
„To było dla mnie bardzo ważne, żeby skonfrontować swoje lęki z wiedzą” – wspominał Dubochet 10 lipca 2015 r. podczas uroczystości przyznania mu Nagrody im. Lennarta Philipsona.
Zaczął się interesować nauką i postanowił zostać badaczem, mimo że w 1955 r. wykryto u niego dysleksję. Jak napisał, był w tamtych czasach pierwszym oficjalnym dyslektykiem w kantonie Vaud. Postanowił sprawdzić, na czym polega ta dolegliwość i jak można sobie z nią radzić.

 

Mikroskopią elektronową zainteresował się w 1968 r., kiedy ukończył biologię molekularną na uniwersytecie w Genewie i został biofizykiem. Dziesięć lat później w 1978 r. został szefem grupy badawczej Europejskiego Laboratorium Biologii Molekularnej (EMBL) w Heidelbergu.
„Jacques miał wizję” – powiedział w lipcu 2015 r. Gareth Griffiths z EMBL, kiedy Dubochet otrzymał przyznawaną przez ten ośrodek Nagrodę Lennarta Philipsona. Ta wizja dotyczyła sposobu badania próbek biologicznych, białek i wirusów. Kłopot z nimi polegał na tym, że pod mikroskopem elektronowym wyparowuje z nich woda, co uniemożliwia obserwowanie ich w środowisku fizjologicznym.

Dubochet postanowił zamrozić wodę w próbkach biologicznych w taki sposób, żeby powstające kryształki lodu ich nie zniszczyły. Uznał, że trzeba to zrobić błyskawicznie, żeby kryształki nie zdążyły się uformować. W 2015 r. Griffiths powiedział, to jest to odkrycie na miarę Nagrody Nobla.
Po upuszczeniu Europejskiego Laboratorium Biologii Molekularnej Dubochet został profesorem na uniwersytecie w Lozannie, gdzie poza biologią zajął się również nauczaniem etyki i filozofii, „ponieważ wraz z wiedzą pojawia się odpowiedzialność”.

 

Od 2007 r. przebywa na emeryturze. Jeszcze przed przyznaniem Nagrody Nobla w dziedzinie chemii powiedział, że jest szczęśliwy i spełniony. Najlepszym okresem w jego życiu były lata spędzone w EMBL, kiedy urodziła się dwójka jego dzieci, przeprowadził najważniejsze badania naukowe i zyskał wielu przyjaciół. (PAP)

 


Richard Henderson – praca to dla niego “zajmujące hobby”



Richard Henderson tegoroczny laureat Nagrody Nobla z chemii swoją pracę traktuje jak „zajmujące hobby”, a w badaniach najbardziej ceni wolność. Wykształcenie zdobył dzięki powojennej rządowej pomocy. W wolnych chwilach pływa kajakiem i gra w piłkę z wnukami.


autor: Marek Matacz, naukawpolsce.pap.pl


 

Henderson, jeden z trójki tegorocznych noblistów w dziedzinie chemii przyczynił się do powstania docenionej metody obserwacji biologicznych cząsteczek z pomocą mikroskopii elektronowej. W 1990 r. z użyciem mikroskopu elektronowego zdołał otrzymać trójwymiarowy obraz białka z atomową rozdzielczością.
Przyszłemu badaczowi urodzonemu w 19 lipca 1945 r. w Edynburgu wychowanemu w Tweedmouth i Newcastle pomogła w młodości pewna doza szczęścia. Dzięki rządowemu programowi wsparcia edukacji (Education Act 1944) mógł kontynuować naukę po 15. roku życia.

 

Po ukończeniu studiów w Edinburgh University, rozpoczął doktorat w Medical Research Council Laboratory of Molecular Biology w Cambridge. Uzyskał go w 1969 r. w Cambridge University. Od 1973 r. Henderson pracuje właśnie w MRC Laboratory of Molecular Biology, którego w latach 1996–2006 był dyrektorem.
Od 1983 r. badacz nosi tytuł Fellow of the Royal Society. Jest laureatem wielu nagród, m.in. Medalu Copleya z 2016 roku. Wśród laureatów tej nagrody znajdują się m.in. Albert Einstein, Stephen Hawking czy Peter Higgs.

 

W wywiadzie udzielonym po uzyskaniu Medalu dla Times Higher Education powiedział, że swoją pracę traktuje jak “zajmujące hobby” oraz, że “jeśli ktoś robi coś interesującego i robi to dobrze, to w którymś momencie zostanie doceniony za robienie tego, co lubi”.
We wspomnianej rozmowie badacz zwierzył się też, że najbardziej w swojej pracy ceni wolność – możliwość wyboru kierunku badań. Według niego to dobra recepta na rewolucyjne wyniki.

W wolnych chwilach pływa kajakiem, gra w piłkę z wnukami, pije wino i ogląda filmy.


Joachim Frank – noblista od dziecka zafascynowany nauką



Joachim Frank już jako ośmiolatek fascynował się nauką i wykonywał doświadczenia chemiczne pod werandą rodzinnego domu. Po latach ta fascynacja przyniosła mu największą nagrodę naukową – Nobla 2017 w dziedzinie chemii.


Autor: Joanna Morga, Anna Ślązak/ naukawpolsce.pap.pl


 

Gdy połączono się z nim telefonicznie podczas konferencji prasowej, na której ogłoszono laureatów Nobla z chemii – Joachim Frank ocenił, że potencjał mikroskopii kriolektronowej jest “ogromny”. Pozwala ona uzyskiwać trójwymiarowe obrazy cząsteczek tworzących życie z niemal atomową rozdzielczością. To oznacza, że medycyna nie będzie się już koncentrować na narządach, ale na procesach zachodzących wewnątrz komórek, powiedział noblista.

 

Frank urodził się w czasie II wojny światowej 12 września w 1940 r. w Weidenau (obecnie dzielnica miasta Siegen) w Nadrenii Północnej-Westfalii w Niemczech. Po zakończeniu wojny miasto zostało włączone do amerykańskiej strefy okupacyjnej.
Już jako 8-letni chłopiec Frank fascynował się nauką, pod werandą rodzinnego domu prowadził chemiczne eksperymenty. Gdy miał 12-13 lat kupił pierwsze elementy niezbędne do konstrukcji małego radia, później rozkładał i składał stare aparaty radiowe. To było wprowadzenie do podstaw fizyki.

 

W 1963 r. zrobił licencjat z fizyki na Uniwersytecie we Freiburgu, a cztery lata później uzyskał dyplom na Uniwersytecie im. Ludwika i Maksymilina w Monachium za pracę dotyczącą emisji termoelektronowej z użyciem złota. “To był dość trudny eksperyment, gdyż było gorąco, a opary złota były wszędzie, pokrywały wszystko i zakłócały sygnały elektryczne” – wspominał Frank w jednym z wywiadów. W tym czasie zainteresował się wykorzystaniem elektronów do obserwacji cząsteczek.
Tytuł doktora uzyskał w 1970 r. w Instytutu Biochemii Maxa Plancka w Martinsried, za badania dotyczące cyfrowego i optycznego przetwarzania obrazów z mikroskopu elektronowego. W sformułowaniu kluczowych wniosków pomogły mu dociekania polskiego kolegi Antoniego Feltynowskiego.

 

Dwa lata po doktoracie spędził na uczelniach amerykańskich w laboratoriów cenionych naukowców – na California Institute of Technology (Caltech), na University of California w Berkeley oraz na Cornell University w Ithaca (stan Nowy Jork). Jesienią 1972 r. wrócił na krótko do Niemiec do Instytutu Biochemii Maxa Plancka w Martinsried, gdzie prowadził badania nad mikroskopią elektronową. Rok później dołączył do zespołu Cavendish Laboratory na University of Cambridge, kierowanego przez Vernona Ellisa Cossletta, brytyjskiego eksperta w dziedzinie technik mikroskopowych.
W 1975 r. zaproponowano mu posadę w Wydziale Zdrowia Stanu Nowy Jork (New York State Department of Health), gdzie rozpoczął swoje prace nad obrazowaniem pojedynczych cząsteczek przy pomocy mikroskopii elektronowej. W 1986 r. uzyskał tytuł profesora na nowo utworzonym Wydziale Nauk Biomedycznych na University at Albany (State University of New York). Prowadził też badania na Howard Hughes Medical Institute, a w 2008 r. przeniósł sie na Columbia University w Nowym Jorku, jako profesor biochemii i biofizyki molekularnej oraz nauk biologicznych, gdzie pracuje do dziś.

 

Jak wyjaśnił w swojej krótkiej autobiografii, zastosowanie techniki mikroskopii krioelektronowej, pozwalającej obserwować pojedyncze cząsteczki, umożliwiło mu badanie mechanizmów syntezy białek w komórkach bakterii i komórkach eukariotycznych (posiadających jądro komórkowe). Te badania przyczyniły się lepszego do poznania struktury i funkcji rybosomu, kompleksu służącego do produkcji białek komórkowych (w tzw. procesie translacji). Pozwoliły też zrozumieć sposób, w jaki wirusowe RNA łączy się z rybosomem i jak na jego matrycy powstaje wirusowe białko.

 

Za swoje prace Frank otrzymał wiele prestiżowych nagród, jak m.in. Medal im. Benjamina Franklin w dziedzinie nauk o życiu (Benjamin Franklin Medal in Life Science), który przyznano mu w 2014 r. oraz nagroda Wiley Prize in Biomedical Sciences. W 2007 r. został przyjęty do amerykańskiej National Academy of Sciences. Ma żonę i dwójkę dzieci.

 

fot: PAP/EPA/ COLUMBIA UNIVERSITY

Leszek Cieloch Administrator
Sorry! The Author has not filled his profile.
×
Leszek Cieloch Administrator
Sorry! The Author has not filled his profile.