Sobota 8. srpna 2020, svátek má Soběslav
  • schránka
  • Přihlásit Můj účet
  • Sobota 8. srpna 2020 Soběslav

Jak pracuje život. Letošní nobelisté za chemii nahlédli do nitra buněk

  12:51aktualizováno  12:51
Třetí letošní Nobelovu cenu, za chemii, udělila Švédská královská akademie výzkumníkům v oboru elektronové mikroskopie. Rovným dílem se o ni rozdělili Jaques Dubochet, Joachim Frank a Richard Henderson.

Obrázek často nahradí tisíce slov, to ve vědě platí stejně jako kdekoliv jinde. Vědecké objevy často vycházejí z úspěšné vizualizace objektů neviditelných lidským okem. Vzpomeňme již slavný případ objevu skutečné podoby DNA (a to znamená také mechanismu jejího fungování).

Nicméně biologické buněčné mapy jsou stále plné bílých míst. Dlouho jsme totiž neměli postup, jak bychom mohli zachytit molekulární stroje, které zajišťují chod všeho živého. Na úrovni celých buněk to bylo lepší, ale dovnitř jsme příliš nedohlédli: používané postupy byly totiž velmi „násilné“ - v podstatě jsme zachycovali jen mrtvé a notně pozměněné buněčných součástek. Pozorovat v „přirozeném prostředí“ molekuly našich těl můžeme díky, které během let práce vyvinuli tři letošní nositelé Nobelovy ceny za chemii (samozřejmě za přispění řady kolegů z jejich i dalších týmů, na které se nedostalo): Jaques Dubochet, Joachim Frank a Richard Henderson.

Metoda nese název kryoelektronová mikroskopie a jak je z něj patrné, je spojená s chladem a elektronovými mikroskopy. V podstatě umožňuje zmrazit molekuly v našich buňkách uprostřed pohybu a tak vizualizovat procesy, které jsme dosud nikdy předtím neviděli. To je zcela zásadní pokrok v poznávání života i například ve vývoji nových léčiv.

Uvidět bílkovinu a nezabít

Elektronové mikroskopy (velmi rozšířený a šikovný nástroj na zobrazování objektů velikosti molekul a atomů) byly dlouho považovány za vhodné pouze pro zobrazování mrtvé hmoty. Zaprvé proto, že předmět, který chcete zkoumat, musíte v běžném elektronu umístit do vakua, což živá hmota samozřejmě nepřežije bez úhony - pravda, celý organismus chvíli vydrží, ale jednotlivá buněčná bílkovina už ne. Ve vakuu se vypaří voda, která je pro molekuly v našem těle přirozené prostředí. Vzorek tak zcela zásadně změní svůj tvar a fotografie tohoto „vraku“ málokdy má nějakou vypovídací hodnotu.

Další problém je, že běžný elektronový mikroskop snímá obrázek tak silným paprsek elektronů, že ten zkoumaný biologický materiál před dokončením snímku ještě dále poničí. Ve výsledku tedy elektronový mikroskop zachytí v případě nitra buněk obrázek, který vůbec neodpovídá tomu, co bychom mohli pozorovat za běžných okolností.

Letošní nobelisté vyvinuli způsob, jak tento problém obejít. Joachim Frank pracoval na metodě, která umožnila ubrat na výkonu používaného elektronového mikroskopu, aby vzorek nezničil. Od poloviny 70. let zhruba do poloviny 80. let vyvinul postup zpracování obrazu, která umožnila nezřetelné dvojrozměrné obrazy z elektronového mikroskopu o nižším výkonu „dopočítat“ tak, aby z nich byly patrné dostatečně ostré kontury prostorových objektů.

Jacques Dubochet si dokázal poradit s „vodním“ problémem. Na počátku osmdesátých let se mu podařilo připravit vzorky v amorfním ledu. Při tom zjednodušeně řečeno ochladí vodu tak rychle, že led kolem vzorku se strukturou podobá tekutině (zchladne tak rychle, že v něm nevzniknou struktury). Stejně jako běžný led ovšem i amorfní led ve vakuu vydrží a slouží jako ochranný štít kolem vzorku.

V praxi prováděl Dubochet zmrazování potápěním snímaného vzorku do ethanu ochlazeného tekutým dusíkem na cca -190°C. A aby byl teplotní přechod opravdu rychlý, vzorek do ethanu vystřelili v podstatě malým katapultem. Díky tomu mohou biomolekuly být celou dobu snímání ve svém přirozeném vodním prostředí.

Ukázka toho, jak se vyvinula naše schopnost pozorovat objekty v molekulách...

Ukázka toho, jak se vyvinula naše schopnost pozorovat objekty v molekulách během posledních několika let. Místo „blobů“ s nezřetelnými obrysy je dnes možné poměrně přesně určit strukturu molekul - a díky tomu tedy také zjistit, proč a jak vlastně fungují.

Richard Henderson pak přesvědčivě prokázal, že tato metoda má skutečně ohromný potenciál. Patnáct let tvrdošíjně pracoval na způsobu, jak zobrazit přesnou 3D podobu jedné jediné bakteriální bílkoviny (bacteriorhodopsinu), která si díky svým nezvyklým vlastnostem udržela pod elektronovým mikroskopem svůj tvar lépe. (Šlo totiž o molekulu, která se v buněčné membráně bakterií vyskytuje v pravidelných intervalech, a tak při snímkování vznikla difrakční mřížka podobně jako při krystalografii). Hendersonova práce ukázala, že vývoj metody může mít ohromný dopad a zásadně přispět k našemu poznání mechanismů života.

Přesně to se také stalo. V posledních několika letech se kryoelektronová mikroskopie stala již běžnou metodou, díky které můžeme zaznamenávat dokonce i „filmy“ jednotlivých molekul v buňce přímo při práci. Postup je sice stále pracný a má svá omezení, ale vědecká literatura posledních let je plná nově pořízených a nikdy předtím neviděných snímků. Od bílkovin, které dávají mikrobům rezistenci vůči antibiotikům, po molekuly na povrch viru zika. Je to doslova obraz budoucnosti biologie.

Aktualizace: Do článku jsme doplnili další informace.

Autor:

Přechod na DVB-T2

Od 27. 11. probíhá postupný přechod na vysílací standard DVB-T2. Kvůli koronavirové pandemii vláda rozhodla o odložení zbývajících přechodů na vysílání DVB-T2. Diváci si tak musí pořídit televizi s podporou kódování H.265 (HEVC) nebo starší televizi doplnit vhodným set-top boxem.

  • Nejčtenější

Díky, že létáte se SpaceX. Loď Crew Dragon úspěšně dopadla do moře

Američtí astronauti Robert Behnken a Douglas Hurley úspěšně absolvovali nedělní návrat z Mezinárodní vesmírné stanice...

I Jižní Korea měla své Techtle Mechtle, poradila si jinak než Česko

Jak vypadá vyšetřování velkého ohniska kolem nočního klubu v zemi, kde „chytrá karanténa“ opravdu funguje. Jižní Korea...

Jedna pandemie nestačí. V USA se šíří zákeřná „králičí ebola“

Na jihozápadě USA se šíří mezi domestikovanými i divokými králíky nákaza virem, jehož účinky připomínají lidskou...

Svět je čím dál zelenější. Česko v současnosti míří opačným směrem

Na planetě Zemi v posledních desetiletích přibývá zeleně. Neplatí to však pro všechny státy. Česko bohužel představuje...

{NADPIS reklamního článku dlouhý přes dva řádky}

{POPISEK reklamního článku, také dlouhý přes dva a možná dokonce až tři řádky, končící na tři tečky...}

Dusičnan amonný zabíjel mnohokrát. Ovšem mnohem více životů zachránil

Výbuch v Bejrútu nebyl ani zdaleka jediným případem, kdy dusičnan amonný způsobil katastrofu. Některé z nich byly...

Biolog Komárek: Jsme účastníky největšího sociologického experimentu všech dob

Premium Měsíce trvající pandemie nám převrátila životy naruby. Známý biolog, filozof a autor dvou desítek odborných knih a tří...

Brzy dospěju do bodu, kdy si účet na Facebooku zruším, říká Lucie Výborná

Premium „Je to hra. Hra, která by měla být přínosná, užitečná, inspirativní,“ říká o své práci moderátorka Českého rozhlasu...

Proč koronavirus už téměř nezabíjí. Vytratí se, nebo se vrátí ještě silnější?

Premium Koronavirus je záhadný. Nečitelný. I když ho zkoumají ti nejchytřejší lidé, pořád o něm víme málo. Chová se jinak. Je...

  • Další z rubriky

Který dinosaurus byl první? Na stopu přivedl vědce slezský ještěr

Kterým druhem a kdy začala dlouhá vláda dinosaurů? Důležité informace o prvních dinosaurech přinesl nález uskutečněný...

Byli dinosauři rozenými sprintery? Vědci se stále nemohou dohodnout

Jak rychle se dokázali pohybovat dinosauři? Odhady a hypotézy vědců se měnily s rychlostí, kterou by jim možná i...

Jedna pandemie nestačí. V USA se šíří zákeřná „králičí ebola“

Na jihozápadě USA se šíří mezi domestikovanými i divokými králíky nákaza virem, jehož účinky připomínají lidskou...

STO OBJEVŮ: Stejnosměrný! Střídavý! Válka dvou velikánů o elektřinu

Seriál Stejnosměrný! Střídavý! Stejnosměrný! Střídavý! Dva géniové se střetli ve válce proudů. Letitý spor stále není u konce....

Akční letáky
Akční letáky

Všechny akční letáky na jednom místě!

Škoda dostane šéfa s úkolem zabránit, aby značka dotírala na VW a Audi

„Není nám k ničemu, když se Škoda vyvíjí ke třetí prémiové značce v rámci koncernu,“ prohlásil v rozhovoru publikovaném...

Zemřela manželka Jiřího Krampola, měla dlouhodobé zdravotní problémy

Ve věku 59 let zemřela Hana Krampolová, manželka herce Jiřího Krampola. Dlouhodobě se potýkala se zdravotními problémy.

Díky, že létáte se SpaceX. Loď Crew Dragon úspěšně dopadla do moře

Američtí astronauti Robert Behnken a Douglas Hurley úspěšně absolvovali nedělní návrat z Mezinárodní vesmírné stanice...

Šéf Pirátů Ivan Bartoš je tatínkem. Miminku dali s manželkou neobvyklé jméno

Předsedovi Pirátů Ivanu Bartošovi (40) a jeho ženě Lydii (37) se v úterý večer narodil syn. Novopečený tatínek se s...

Jaromír Jágr poprvé ukázal na sociálních sítích novou přítelkyni

Hokejista Jaromír Jágr (48) a modelka Dominika Branišová (26) už několik týdnů tvoří pár. Absolvovali spolu několik...