Premio Nobel de Química 2014 paira os que converteron a microscopía en nanoscopia

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

Eric Betzig e William E. Moerners estadounidenses e Stefan W. A Real Academia Sueca premiou ao alemán de orixe romanesa Hell, e paira eles será o Premio Nobel de Química 2014 por superar o límite insuperable paira o microscopio óptico: a metade da lonxitude de onda da luz era, supostamente, a maior resolución que se podía alcanzar co microconato óptico. O tres premiados, coa axuda de moléculas fluorescentes, converteron a microscopía en nanoscopia e desvelaron o mundo das moléculas individuais.
Eric Betzig, Stefan W. Hell e William E. Moerner. Ed. Instituto Médico Howard Huges / B. Schuller CC BY S.A. 3.0 / Kevin Lowder CC BY S.A. 3.0

0,2 micrómetros. En 1873, Ernst Abbe puxo o límite da estrutura máis pequena que se podía ver co microscopio. Era un límite físico condicionado pola lonxitude de onda da luz. Isto permitía ver células, pero non moléculas moito máis pequenas que estas, como as proteínas. Segundo a Real Academia Sueca, o traballo do tres investigadores premiados deulle una “solución intelixente” á fronteira e, desde entón, non existe una estrutura demasiado pequena.

As moléculas fluorescentes son a ferramenta desta enxeñosa solución e, dúas, os principios que as sustentan. A primeira, denominada microscopía STED, foi desenvolvida por Stefan Hell. A outra é a achega de Eric Betzigen e William Moerner. O tres premiados por desenvolver una microcopia de fluorescencia de alta definición.

Nanolinterna de Hell

Na Universidade de Turbo (Finlandia), Stefan Hell tivo a idea de premio Nobel cando traballaba no microscopio de fluorescencia. No microscopio de fluorescencia utilízanse moléculas fluorescentes que se asocian a moléculas concretas da célula; as moléculas fluorescentes, ao excitarse coa luz, emiten luz, polo que os investigadores son capaces de localizar as moléculas que queren ver. Pero entón a resolución da técnica era demasiado baixa, por exemplo, paira separar os filamentos de ADN. Paira conseguir una maior definición, Hell propuxo que se podía utilizar a emisión excitada.

Grazas á emisión excitada, os científicos son capaces de apagar as moléculas fluorescentes ao seu gusto, utilizando un raio láser. Un microscopio STED funciona como: un láser excita todas as moléculas fluorescentes da mostra e outro as apaga todas, excepto as que se atopan dentro dunha área nanométrica do centro da mostra. O sinal rexístrase e repítese o proceso noutra zona da mostra. Desta forma cóbrese con nanómetros toda a mostra obtendo una imaxe de alta resolución.

Helle presentou a idea en 1994 e deulle un traballo de seis anos máis o desenvolvemento do microscopio STED, o primeiro resultado foi una imaxe dunha bacteria E. coli. Triplicou a resolución do microscopio óptico convencional.

Á esquerda a bacteria E. coli, vista con microscopio simple. Á dereita, vista co microscopio STED. Ed. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 97: 8206–8210.

Moerner e Betzig, tentando acender e apagar as moléculas por separado

Do mesmo xeito que Hell, Betzig e Moerner dirixíronse ás moléculas fluorescentes paira superar o límite de Abad. Ambos desenvolveron por separado as bases da microscopía monomolecular, construída por Betzig sobre a obra de Moerner.

O método baséase en proteínas fluorescentes que se poden acender e apagar á carta. Este método consiste en iluminar varias veces un mesmo campo e excitar a un número reducido de moléculas fluorescentes, de forma que, tras repetirse o proceso en varias ocasións, todas as imaxes recibidas agrúpanse nunha soa imaxe obtendo una imaxe de alta resolución.

Una das primeiras imaxes de Betzig con microscopía monomolecular. Á esquerda, un lisosoma visto por microscopio óptico. Á dereita, imaxe en alta definición. Ed. Science 313:1642–1645

A primeira imaxe obtida por este método foi presentada en 2006 por Betzig, un lisosoma. Pero o traballo de ambos foi imprescindible. De feito, Moerner foi o primeiro investigador en medir a fluorescencia dunha soa e determinada molécula en 1989. Tamén descubriu a variante da proteína fluorescente GFP que pode acenderse e apagarse libremente a través da luz. En resumo, Moerner descubriu que a fluorescencia das moléculas individuais pode controlarse ópticamente e Betzig converteuna en imaxe.