Čtvrtek 1. října 2020, svátek má Igor
  • schránka
  • Přihlásit Můj účet
  • Čtvrtek 1. října 2020 Igor

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

Překvapivé simulace: Roušky a respirátory chrání lépe, než byste řekli

Jak pomáhá ochrana obličeje zastavit šíření epidemie? Lépe, než by se na první pohled zdálo. Lidé totiž často...

KOMENTÁŘ: Za kostku cukru se necháme sledovat, ale z eRoušky se panikaří

Aplikaci eRouška si zatím nainstalovalo přes 400 000 lidí. Je pro mne nepochopitelné, proč to číslo není o nulu delší....

Exponenciální růst mate i experty. Vyzkoušejte si, čím je tak nebezpečný

S nárůstem infekcí covid-19 se v Česku znovu mluví o exponenciálním růstu. A řada lidí – včetně expertů – toto spojení...

Je to taghle zprávňe? Skotská wikipedie má neuvěřitelný problém

Poněkud přeexponovaný vtípek nešťastně snaživého grafomana, nebo rafinovaná ukázka kulturního vandalismu? Případ...

{NADPIS reklamního článku dlouhý přes dva řádky}

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

Krize leteckého průmyslu. Letadla končí ve šrotu, levné letenky zdraží

Letecký průmysl má za sebou mnoho těžkých období, vždycky z nich však nakonec vyšel efektivnější a silnější. Současná...

Nebezpečná místa Česka: pražské hlavní nádraží. Třicet let zde vládne podsvětí

Premium Reportéři MF DNES mapují místa, která podle statistik nejsou výjimečně nebezpečná. Ve skutečnosti jde o no-go zóny,...

Felák, flexit nebo chillovat. Slovník dnešní mládeže uvádí rodiče do rozpaků

Premium Ač to možná ani netušíte, nejspíš i kolem vás denně chodí shiperky, které flexí s teniskami nebo iPhonem, díky čemuž...

Už nebudu kandidovat, odejdu z politiky, říká exministr Adam Vojtěch

Premium Jsem odolný, ale už toho bylo hodně, vysvětluje svůj odchod exministr. Babiš ho podle něj trochu čekal. V rozhovoru pro...

  • Další z rubriky

Exponenciální růst mate i experty. Vyzkoušejte si, čím je tak nebezpečný

S nárůstem infekcí covid-19 se v Česku znovu mluví o exponenciálním růstu. A řada lidí – včetně expertů – toto spojení...

Nová data ukázala alarmující poměr pozitivních testů. Už je nad 20 %

Epidemie koronaviru se v Česku vymyká kontrole. Napovídá tomu ukazatel, který měří poměr pozitivních testů oproti všem...

STO OBJEVŮ: Cestu od tlakového hrnce k parnímu stroji lemovaly výbuchy

Seriál Byla to dlouhá cesta od Papina k Wattovi, než lidem začal spolehlivě sloužit parní stroj. S čím vším se parní...

Lidé budou ve vesmíru potřebovat svaly. Pomůže doping nebo GMO?

Pokus, který zahrnoval i geneticky upravené hlodavce, ukázal, jak se bránit některým problémům dlouhého pobytu ve...

Herec Petr Čtvrtníček se nakazil koronavirem, leží v nemocnici na JIP

Herec Petr Čtvrtníček (56) skončil kvůli covidu-19 v nemocnici. Minulý týden měl pozitivní testy, a když se mu...

Chci se více věnovat ženě, v plánu je i založení rodiny, říká Adam Vojtěch

Bývalý ministr zdravotnictví Adam Vojtěch (33) se po odchodu z funkce těší na chvilky strávené s přáteli a s manželkou...

Čtvrtníček z nemocnice vtipkuje. Mluví o dýchání i pohlavní nemoci

Herec Petr Čtvrtníček (56) sice kvůli těžšímu průběhu covidu-19 musel do nemocnice, humor ho ovšem neopouští. Svým...

Na Tinderu jsem se nestačila divit, popisuje redaktorka seznamování

Seznamovací aplikace využívá devětapadesát procent Čechů. A to už je dost na to, aby nám dokázaly pěkně zamíchat...

Překvapivé simulace: Roušky a respirátory chrání lépe, než byste řekli

Jak pomáhá ochrana obličeje zastavit šíření epidemie? Lépe, než by se na první pohled zdálo. Lidé totiž často...