Один німець та два американці розділили цьогорічну Нобелівську премію з хімії: Штефан Гелль (Stefan W. Hell), директор Інституту біофізичної хімії імені Макса Планка (Геттінген), Ерік Бетціг (Eric Betzig) з Медичного інституту імені Говарда Хьюза (Ешборн, США) та Вільям Е. Мернер зі Стенфордського університету (Каліфорнія, США). Їхні імена цього року назвала Шведська академія наук.
Зліва направо: В. Мернер, Ш. Гелль, Е. Бетціг.
Троє науковців зробили можливою нову форму мікроскопії – високочутливу флуоресцентну мікроскопію. Нова технологія дала змогу роздивитися нанометри маленьких структур, живих клітин зокрема.
Застосування цієї високочутливої мікроскопії особливо важливе для фундаментальних досліджень у біології та медицині. Наприклад, коли вивчають виникнення хвороби на клітинному рівні, необхідно відслідковувати процеси, що в ній протікають. З технікою мікроскопії, яку розробили троє цьогорічних лауреатів Нобелівської премії, можна стежити за рухом окремої молекули всередині клітини.
Мікроскопія з нанометричною чутливістю під силу й іншій техніці – електронній мікроскопії, відомій уже упродовж десятиліть. Але за її допомогою не можна вивчати живі клітини, адже піддослідні зразки потрібно помістити в вакуум, а там опромінити електронами. Так відображати можна мертві біологічні об’єкти. Актуальним є приклад із зображенням крихітного вірусу Ебола, його отримали завдяки електронній мікроскопії.
Унікальність високочутливої світлової мікроскопії полягає в тому, що ще донедавна вважали: світловим мікроскопом нізащо не вдасться розгледіти структури, що є меншими ніж 0, 2 мікрометра (200 нанометрів). Це стверджує закон, сформульований 1873 року й названий на честь свого автора – Ернста Аббе.
Гелль, як і всі, вивчав його на уроках фізики. Та впродовж роботи над отриманням ступеня доктора наук в Університеті Гейдельберга, який закінчив 1990 року, в нього виникла ідея спростувати загальноприйняту теорію про межу Аббе. Його ентузіаст німецькі професори сприйняли скептично і Гелль потрапив у так званий «науковий екзил», переїхав до Фінляндії, де його в свою команду прийняв професор з Університету Турку.
Вирішальна теза, – згадує Гель, – спала на думку 1993 року, коли він читав книжку про квантову оптику. На словах «стимульована емісія» він раптом усвідомив, як можна перехитрити пана Аббе: флуоресцентна молекула, яку прищеплюють до піддослідного об’єкта. Цю молекулу стимулюють короткими спалахами лазерного світла (інакше вона відбиватиме світло). Це потрібно не для всього об’єкта, лише наночастині, що всередині поля спостереження.
Тільки з цього діапазону флуоресцентне світло може потрапити до мікроскопа. Фактором обмеження тут стає величина поля спостереження, а не довжина світлових хвиль. Повторюючи процес, отримують рентгенівське випромінювання й картину того, що відбувається.
1994 року Гелль опублікував статтю на цю тему, після якої отримав місце праці в поважному Інституті біофізичної хімії у Геттінгені. 2000 року він представив знімок кишкової палички з неймовірною роздільною здатністю, що й спростувало аббівський закон.
Ерік Бетціг та Вільям Е. Мернер незалежно одне від одного здійснили важливі наукові розвідки в сфері застосування флуоресцентних молекул у мікроскопії.
Вільям Мернер народився 1953 року в каліфорнійському Плезантоні, 1982 року отримав учений ступінь в Університеті Корнелла. Сьогодні він – доктор хімії та прикладної фізики у Стенфордському університеті. Мернер був першим науковцем, якому вдалося відслідкувати флуоресцентне випромінювання окремої молекули. Це видатне досягнення мало місце 1989 року в лабораторії дослідницького центру IBM у Сан-Хозе (Каліфорнія, США).
Ерік Бетціг, що народився 1960 року в Енн-Арбор (Мічиган, США), отримав докторський ступінь 1988 року в Університеті Корнеллі. Натхненному роботами Мернера Бетцігу прийшла до голови ідея позначити ліміт Аббе за допомогою флуоресцентних молекул, зафарбованих у різні кольори. Це спало йому на думку під час зимової прогулянки 1995 року, в основу взято науковий факт, що об’єкти, які підсвічені різнокольоровим світлом, в мікроскопі можна розрізняти навіть тоді, коли вони на ближчій відстані одне до одного, ніж значення ліміту Аббе. Вчений згодом втілив задум у життя.
Основіні роботи трьох лауреатів Нобелівської премії призвели до розвитку цілої низки технік світлової мікроскопії, вони дають змогу зазирнути в нанокосмос живого. Ці мікроскопи називають наноскопами.
Гелль з допомогою свого наноскопа вивчав, для прикладу, процес синапсу живих мозкових клітин. Мернер спостерігав за протеїнами, що відіграють важливу роль при виникненні нервової хвороби Гантінгтона. Для дослідження раку нано-флуоресцентна мікроскопія також стала необхідною. Невипадково, народжений 1962 року в румунському місті Арад, Ш. Гелль очолює Німецький центр дослідження раку в Гейдельберзі.
Зреферувала Соломія КРИВЕНКО
Оригінал за посиланням: http://www.welt.de.