Úterý 19. října 2021, svátek má Michaela
  • schránka
  • Přihlásit Můj účet
  • Úterý 19. října 2021 Michaela

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

  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:
  • Nejčtenější

Kariéru letce si nevolíte, když nevíte, co se životem, říká pilotka

Premium Na pilotní výcvik dopravního letadla si deset let vydělávala jako letuška. Když konečně začala létat, přišla pandemie....

Test sluchátek: Z šesti novinek nás nejvíce nadchly ty nejlevnější

Premium Test zcela bezdrátových sluchátek přinesl docela neobvyklé překvapení: úplně nejlevnější model v celkovém hodnocení...

Weby vás tajně sledují prostřednictvím otisku zařízení

Na světe je téměř 1,9 miliardy internetových stránek. Mnohdy slouží k pokoutným účelům a dost často z nich obchodníci...

KOMENTÁŘ: Budoucnost operačního systému je v jeho pronájmu

Ač to na první pohled není patrné, svět se pomalu chystá na další revoluční změnu. V budoucnu si věci nebudeme kupovat,...

{NADPIS reklamního článku dlouhý přes dva řádky}

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

Dinosauři se dožívali zhruba padesáti let, řekl v Rozstřelu paleontolog

Vědci odhalují stále víc informací z dob, kdy po zeměkouli kráčeli pravěcí ještěři. Tato část historie Země láká i...

Váš syn bude žít jen pár týdnů. Zpověď matky zesnulého hokejisty Buchtely

Premium Přežít své dítě. Pro každého rodiče ta nejhorší představa. Teprve dvacetiletý hokejista Ondřej Buchtela zemřel loni v...

Děti zvládnou všechno, to samé ženy. Muži však nevydrží, říká expert na přežití

Premium Tři dny trvalo pátrání po osmileté Julii z Berlína, která se v neděli ztratila rodičům u Čerchova na Domažlicku. V...

Jak se rodí sebevražda. Psychiatr Höschl nejen o schizofrenii a depresi

Premium Jak velká musí být síla, která člověka dožene k tomu, že si sám dobrovolně vezme život? Jaké jsou poslední myšlenky...

  • Další z rubriky

Nobelovu cenu za fyziku získali vědci za modelaci klimatu a náhodné procesy

Druhá letošní Nobelova cena byla udělena třem fyzikům „za průkopnický přínos k pochopení složitých systémů". Dva z nich...

Proč se volební modely a předpovědi tak často pletou

Proč se konečné výsledky voleb liší od průběžných volebních průzkumů? Každý předvolební průzkum je do značné míry...

STO OBJEVŮ: O dobytí mety severního pólu se přeli Peary s Cookem

Seriál Kdo byl první na jižní točně, víme. Severní pól v tom ovšem jasno nemá. Byl premiantem Robert Peary, či Frederick Cook?...

Nobelova cena očima českého vědce: jak souvisí hrnek kuliček a sonda na Marsu

Jeden z letošních laureátů Nobelovy ceny za fyziku Giorgio Parisi získal ocenění za svůj příspěvek k teorii komplexních...

Akční letáky
Akční letáky

Prohlédněte si akční letáky všech obchodů hezky na jednom místě!

Vysoké ceny dohnaly Bohemia Energy ke krachu. Dotkne se to téměř milionu lidí

Firma Bohemia Energy, největší uskupení alternativních dodavatelů energií v ČR, ukončí činnost a dodávky elektřiny a...

Kvůli nárůstu cen na trhu končí další dodavatelé plynu a elektřiny

V pondělí ukončí dodávky všem odběratelům po firmě Bohemian Energy další společnost, tentokrát děčínská Kolibřík...

Přežili krizi i povodně. Dnes mají vyprodáno na půl roku dopředu

Podnikat začal Pavel Jech krátce po revoluci. Zažil vzestupy i pády, letos rodinná firma oslaví již třicet let na trhu....

Leoš Mareš se pochlubil šťastnou novinou. Bude trojnásobným tatínkem

Leoš Mareš (45) a jeho druhá manželka Monika (40) čekají miminko. Moderátor se zprávou pochlubil v ranním vysílání...

Psychiatr mě sexuálně napadl, partner málem zabil, popisuje dcera Urbánkové

Dcera zpěvačky Nadi Urbánkové (82) Jana Fabiánová (42) promluvila o sexuálním napadení v ordinaci lékaře. Zavzpomínala...