Scrutinare il mondo a livello molecolare è difficile. Ma cercare di concentrarsi sulle molecole in movimento è un compito ancora più scoraggiante. Il premio Nobel per la chimica di quest'anno rende omaggio al lavoro di tre scienziati che hanno sviluppato una tecnica per congelare istantaneamente i minuscoli elementi costitutivi della vita e studiarli da vicino.
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In chimica, la struttura si riferisce spesso fortemente alla funzione di una molecola e quindi esaminando attentamente le strutture che compongono tutti i ceti sociali - dai virus alle piante agli esseri umani - i ricercatori possono essere in grado di lavorare per trattamenti e cure migliori per le malattie.
"Un'immagine è la chiave per capire", secondo il comunicato stampa della Royal Swedish Academy of Sciences che annuncia il premio.
Dagli anni '30 del secolo scorso, i microscopi elettronici, in cui i fasci di elettroni vengono utilizzati per rappresentare i minimi dettagli degli oggetti, hanno permesso agli scienziati di intravedere le parti più piccole del nostro mondo. Ma questa tecnologia non è l'ideale quando si tratta di studiare le strutture degli organismi viventi, riferisce Laurel Hamers per Science News .
Affinché il microscopio elettronico funzioni correttamente, il campione deve trovarsi nel vuoto, che asciuga i tessuti viventi e può distorcere alcune delle strutture che gli scienziati sperano di studiare. Il campione è anche bombardato da radiazioni nocive. Altre tecniche, come la cristallografia a raggi X, non possono immaginare la vita nel suo stato naturale perché richiede che le molecole di interesse rimangano rigidamente cristallizzate.
Per il biologo molecolare scozzese Richard Henderson, queste restrizioni erano semplicemente impraticabili per esaminare le molecole che compongono le cellule viventi. A partire dagli anni '70, ha sviluppato una tecnica usando un microscopio elettronico per rappresentare una proteina fino al livello atomico, riferisce Erik Stokstad della Scienza . Il microscopio è stato impostato a bassa potenza, il che ha creato un'immagine sfocata che potrebbe successivamente essere modificata in una risoluzione più elevata usando come guida i modelli ripetitivi della molecola.
E se i campioni non fossero ripetitivi? È qui che è intervenuto il biofisico tedesco Joachim Frank. Ha sviluppato una tecnica di elaborazione per creare immagini tridimensionali nitide di molecole non ripetitive. Ha preso le immagini a bassa potenza da diverse angolazioni, quindi ha usato un computer per raggruppare oggetti simili e affilarli creando un modello 3D della molecola vivente, riferisce Kenneth Chang del New York Times .
All'inizio degli anni '80, il biofisico svizzero Jacques Dubochet ha escogitato un modo per utilizzare campioni umidi sotto il vuoto del microscopio elettronico. Scoprì che poteva congelare rapidamente l'acqua attorno alle molecole organiche, che conservavano la loro forma e le loro strutture sotto la distorsione del vuoto.
Insieme, queste tecniche hanno "aperto essenzialmente una sorta di nuova, in precedenza inaccessibile area di biologia strutturale", ha detto Henderson sulla microscopia crioelettronica in un'intervista con Adam Smith di Nobel Media.
Sin dalle loro scoperte, gli scienziati hanno lavorato per perfezionare continuamente la risoluzione di questa tecnica, consentendo immagini ancora più dettagliate delle molecole organiche più piccole, riferisce Ben Guarino del Washington Post . La tecnica ha trovato ampio impiego nella biologia molecolare e persino in medicina. Ad esempio, sulla scia della devastante epidemia del virus Zika, i ricercatori sono stati in grado di determinare rapidamente la struttura del virus con la microscopia crioelettronica, che può aiutare a lavorare nella produzione di vaccini.
"Questa scoperta è come Google Earth per le molecole", afferma Allison Campbell, presidente dell'American Chemical Society, riferisce Sharon Begley di STAT. Usando questa microscopia crioelettronica, i ricercatori possono ora ingrandire per esaminare i dettagli più piccoli della vita sulla Terra.
