Mikroskopia nanoskopia bihurtu zutenentzat 2014ko Kimikako Nobel saria

2014/10/08 Carton Virto, Eider - Elhuyar Zientzia Iturria: Elhuyar aldizkaria

Eric Betzig eta  William E. Moerner estatubatuarrak, eta Stefan W. Hell errumaniar jatorriko alemaniarra saritu ditu Suediako Errege Akademiak, eta haientzat izango da 2014ko Kimikako Nobel saria, mikroskopio optikoarentzat behinola gaindiezina zen muga gainditzeagatik: argiaren uhin-luzeraren erdia zen, ustez, mikrokospio optikoarekin lor zitekeen bereizmen handiena. Hiru sarituek, molekula fluoreszenteen laguntzarekin, nanoskopia bihurtu zuten mikroskopia, eta banakako molekulen mundua argitu zuten.
Eric Betzig, Stefan W. Hell eta William E. Moerner. Arg. Howard Huges Institutu Medikua / B. Schuller CC BY SA 3.0 / Kevin Lowder CC BY SA 3.0

0,2 mikrometro. Hor jarri zuen, 1873an, mikroskopioarekin ikusi zitekeen egiturarik txikienaren muga Ernst Abbek. Muga fisikoa zen, argiaren uhin-luzerak baldintzatutakoa. Zelulak ikusteko aukera ematen zuen horrek, baina ez horiek baino askoz txikiagoak diren molekulak; esaterako, proteinak. Suediako Errege Akademiaren esanean, muga harri  “irtenbide burutsua” eman dio saritutako hiru ikertzaileen lanak, eta harrez gero, ez da existitzen txikiegia den egiturarik.

Molekula fluoreszenteak dira irtenbide burutsu horren tresna, eta, bi, oinarrian dauden printzipioak. Bata, STED mikroskopia deritzona, Stefan Hellek garatu zuen. Bestea, molekula bakarreko mikroskopia, Eric Betzigen eta William Moernerren ekarpena izan da. Hirurek, bereizmen handiko fluoreszentzia-mikrokopia garatzegatik jasoko dute saria.

Hellen nanolinternak

Turtuko Unibersitatean (Finlandian), fluoreszentzia-mikroskopian lanean ari zela izan zuen Stefan Hellek Nobel saria eman dion ideia. Fluoreszentzia-mikroskopian, zelulako molekula jakinei lotzen zaizkien molekula fluoreszenteak erabiltzen dira; molekula fluoreszenteek, argiarekin kitzikatzen direnean, argia igortzen dutenez, ikertzaileak gai dira ikusi nahi dituzten molekulak non dauden jakiteko. Baina, orduan, teknikaren bereizmena txikiegia, zen, adibidez, DNA harizpiak bereizteko. Bereizmen handiagoa erdiesteko, kitzikatutako igorpenaz baliatu zitekeela proposatu zuen Hellek.

Kitzikatutako igorpenari esker, zientzialariak gai dira molekula fluoreszenteak nahieran itzaltzeko, laser izpi bat erabilita.Honela funtzionatzen du STED mikroskopio batek: laser batek lagineko molekula fluoreszente guztiak kitzikatzen ditu, eta beste batek denak itzaltzen ditu, salbu eta laginaren erdiguneko eremu nanometriko baten barruan daudenak. Horko seinalea erregistratzen da, eta berriz errepikatzen da prozesua, lagineko beste eremu batean. Horrela, nanometroz nanometro, lagin osoa estaltzen da, eta bereizmen handiko irudi bat lortzen da.

Hellek  1994an aurkeztu zuen ideia, eta beste sei urteko lana eman zion STED mikroskopioa garatzeak; E. coli bakterio baten irudi bat izan zen lehen emaitza. Hirukoiztu egin zuen ohiko mikroskopio optikoaren bereizmena.

Ezkerrean E. coli bakterioa, mikroskopio arruntarekin ikusia. Eskuinean, STED mikroskopioarekin ikusia. Arg. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 97: 8206–8210.

Moerner eta Betzig, molekulak banaka piztu eta itzali nahian

Hellek bezala, Betzigek eta Moernerrek ere molekula fluoreszenteak hartu zituzten jomuga Abberen muga gainditzeko. Molekula bakarreko mikroskopiaren oinarriak garatu dituzte biek, bakoitzak bere aldetik, eta Betzigek Moernerren lanaren gainean eraikita.

Metodoa nahieran piztu eta itzali daitezkeen proteina fluoreszenteez baliatzen da. Metodo honetan eremu bera hainbat aldiz argitzen da, eta aldioro, molekula fluoreszente gutxi batzuk bakarrik kitzikatzen dira.Hala, prozesua hainbat bider errepikatu ondoren, jasotako irudi guztiak irudi bakarrean biltzen dira, eta bereizmen handiko irudi bat lortzen da.

Molekula bakarreko mikroskopiarekin Betzigek egindako lehen irudietako bat. Ezkerrean, lisosoma bat, mikroskopio optibo bidez ikusia. Eskuinean, bereizmen handiko irudia. Arg. Science 313:1642–1645

Metodo horren bidez lorturako lehen irudia Betzigek aurkeztu zuen 2006an: lisosoma bat. Baina bien lana izan da ezinbestekoa. Izan ere, Moerner izan zen molekula bakar eta jakin baten fluoreszentzia neurtu zuen lehen ikertzailea, 1989an. Halaber, hark deskubritu zuen argiaren bidez nahieran piztu eta itzali daitekeen GFP proteina fluoreszentearen aldaera. Laburbilduz, Moernerrek deskubritu zuen banan banako molekulen fluoresezentzia optikoki kontrola daitekeela, eta Betzigek bihurtu zuen irudi.