فازت بجائزة نوبل للكيمياء لالتقاط البروتينات أثناء العمل
فازت بجائزة نوبل للكيمياء لالتقاط البروتينات أثناء العمل
فيديو: فازت بجائزة نوبل للكيمياء لالتقاط البروتينات أثناء العمل
فيديو: نوبل 2017 في الكيمياء - تقنية المجهر الالكتروني بالحرارة المنخفضة 2023, شهر فبراير
Anonim

طور ثلاثة علماء طرقًا مجهرية تستخدم الإلكترونات ودرجة الحرارة الباردة للكشف عن التفاصيل الدقيقة لآلات الحياة.

فازت بجائزة نوبل للكيمياء لالتقاط البروتينات أثناء العمل
فازت بجائزة نوبل للكيمياء لالتقاط البروتينات أثناء العمل

قبل ظهر اليوم بقليل ، بتوقيت ستوكهولم ، فاز ثلاثة من أصحاب الرؤى الحقيقيين بالميدالية الذهبية العلمية: جائزة نوبل في الكيمياء لعام 2017. طور الباحثون طرقًا لتصوير البروتينات المعقدة على المستوى الذري ، واستخدموا المجاهر الإلكترونية لمعرفة كيف تخلق الجزيئات مقاومة للمضادات الحيوية ، وتحويل الضوء إلى طاقة من أجل التمثيل الضوئي وكيف يعمل فيروس زيكا. "من أجل تطوير المجهر الإلكتروني بالتبريد لتحديد الهيكل عالي الدقة للجزيئات الحيوية في المحلول ،" منحت الأكاديمية الملكية السويدية للعلوم جائزة الكيمياء لجاك دوبوشيه من جامعة لوزان في سويسرا ، يواكيم فرانك من جامعة كولومبيا في مدينة نيويورك ، وريتشارد هندرسون من مختبر MRC للبيولوجيا الجزيئية في كامبريدج بإنجلترا.

يقول الكيميائي أليسون كامبل ، رئيس الجمعية الكيميائية الأمريكية ، الذي أجرى أبحاثًا في المواد الحيوية: "هذا الاكتشاف يشبه برنامج Google Earth للجزيئات من حيث أنه يأخذنا إلى التفاصيل الدقيقة للذرات داخل البروتينات". أكد كامبل على التطبيقات البيولوجية والطبية ، يقول كامبل إنه يمكن استخدام الطريقة لتحليل أي نوع من البوليمر ، مثل الإنزيمات الصناعية التي تكسر البلاستيك.

أشار فرانك ، في مكالمة هاتفية خلال إعلان نوبل ، إلى أن الاستخدامات العملية لم تكن موجودة بعد. "هذا ليس تطبيقًا فوريًا بجانب السرير. ستمر عدة سنوات ". ويوافقها كامبل. تقول: "هذه هي التكنولوجيا في الواجهة الأمامية". لكن الإمكانيات هائلة. يمكنك فهم أي جزيء مستهدف تسعى إليه. يمكنك أن ترى شكله ، وعندما تغير البروتينات شكلها فإنها تغير وظيفتها ".

هذه هي ثاني جائزة نوبل في الكيمياء في الفحص المجهري خلال السنوات الأربع الماضية. في عام 2014 فاز ستيفان هيل وإريك بيتزيج وويليام مويرنر لزيادة قوة الفحص المجهري الضوئي والسماح للعلماء برؤية الجزيئات وهي تعمل داخل الخلية الحية ، وإن لم يكن على مستوى التغير الذري.

لطالما كانت دراسة البلورات بالأشعة السينية هي الطريقة المفضلة للكيميائيين وعلماء الأحياء الذين يسعون لفهم بنية البروتينات. لقد ساعد العلماء في الفوز بأكثر من اثنتي عشرة جائزة نوبل ، بما في ذلك جائزة عام 1962 للكشف عن الحلزون المزدوج للحمض النووي ، وفقًا لمقال إخباري في نيتشر ، وبحلول عام 2015 ، تم استخدام الأشعة السينية لتحديد بنية حوالي 90 بالمائة من تقريبًا. 100000 جزيء في بنك بيانات البروتين الشهير.

لكن التقنية لا تستطيع فعل كل شيء. كما يوحي اسمها ، يتطلب علم البلورات تحويل أهدافه إلى بلورات. ومع وجود العديد من الجزيئات الكبيرة والمعقدة في الخلايا وحولها - مثل الريبوسومات ، والتي تحول التعليمات الجينية إلى بروتينات عاملة - لم يتمكن العلماء ببساطة من تحقيق ذلك.

ومع ذلك ، يمكن للإلكترونات أن ترتد عن كل ذرة في البروتين وتكشف عن بنيتها. هذا الهيكل ثلاثي الأبعاد ، وبدءًا من سبعينيات القرن الماضي ، طور فرانك طريقة رياضية لمعالجة الصور سمحت للكمبيوتر بدمج العديد من صور المجهر الإلكتروني ثنائية الأبعاد في صورة حادة ثلاثية الأبعاد. تمثلت مساهمة دوبوشيت في إظهار كيف يمكن استخدام هذا النوع من الفحص المجهري في الجزيئات الحيوية. جزيئات مثل البروتينات محاطة بالمياه التي تساعدها في الحفاظ على هياكلها ، ولكن المجهر الإلكتروني جفف الماء. اكتشف دوبوشيه طريقة لتبريد الماء بسرعة بحيث أصبح مثل الزجاج - يسمى الشكل بالماء المزجج - وسمح للجزيئات الموجودة بداخلها بالاحتفاظ بأشكالها.

ثم في عام 1990 ، بعد 15 عامًا من العمل في تحسين تحضير العينات واكتشاف الإلكترون ، نجح هندرسون في استخدام مجهر إلكتروني لإنشاء صورة لبروتين غشاء خلية بكتيري كبير يسمى بكتيريورودوبسين ، والقيام بذلك بدقة ذرية. كتب هندرسون ، بالاشتراك مع نايجل أونوين ، في عدد فبراير 1984 لمجلة Scientific American حول كيف كان الاثنان رائدين في استخدام المجاهر الإلكترونية لمعرفة تفاصيل بروتينات غشاء الخلية.

الآن بالنسبة لأي عالم "يهتم ببنية البروتين ووظائفه بشكل جيد ، أود أن يكون لدي واحد من هؤلاء في مختبري" ، كما يقول كامبل. سيحصل دوبوشيه وفرانك وهندرسون على ميدالياتهم وثلث جائزة 9 ملايين كرونة سويدية (حوالي 1.1 مليون دولار) في حفل نوبل السنوي في ستوكهولم في ديسمبر.

شعبية حسب الموضوع