Eddig csak sejtették, most láthatóvá vált
Az utóbbi évek egyik legnagyobb módszertani áttörésének nevezte a krio-elektronmikroszkópiát Závodszky Péter. Ez a technikai eszköz lehetővé teszi, hogy az élettudomány "eddig fel sem tett kérdésekre" is válaszokat keressen, mondta a biofizikus az MTI-nek az után, hogy Stockholmban szerdán bejelentették, a biomolekuláris kutatásokban, a biomolekuláris struktúrák nagyfelbontású vizsgálata során alkalmazott módszer kidolgozásáért ítélték oda az idei kémiai Nobel-díjat.
A Magyar Biofizikai Társaság tiszteletbeli elnöke és a Magyar Tudományos Akadémia Természettudományi Kutatóközpont Enzimológiai Intézetének kutatóprofesszora elmondta, hogy a biológiai kutatásokban alapvető a szerkezet ismerete atomi, molekuláris szinten, mivel a funkciót a szerkezet határozza meg. Atomi, molekuláris szinten a szerkezetet már régen meg lehetett határozni röntgen diffrakciós eljárással, vagy elektronmikroszkóp segítségével, ez azonban nem igazán alkalmas biológiai minták, például sejtek, vírusok, riboszómák és egyéb biológiai komplexek vizsgálatára, mert az elektronmikroszkópos mintákat vákuumban, nagy intenzitású elektronsugárzással vizsgálják.
"Ennek két hátránya is van: a vákuumban a víz elpárolog, a nagy intenzitású elektronsugár pedig roncsolja az érzékeny biológiai mintákat", fejtette ki. "Ezeket a preparátumokat úgy készítik, hogy eleve ne legyen bennük víz, és ellenállást tanúsítsanak a nagy energiájú, intenzív sugárzásnak. Ezért nem is magukat a biológiai szerkezeteket, hanem ezeknek különböző hordozó felületekbe beágyazott "lenyomatait" vizsgálják. "Olyan ez, mintha egy ember tulajdonságait egy agyagba készült lenyomatból próbálnánk levezetni", értelmezte a professzor.
Závodszky Péter elmondta, hogy korábban már sok mindent lehetett tudni egy sejt szerkezetéről, de a funkcióról, a természetes vizes közegben mutatott tulajdonságokból keveset. "Örökös probléma volt, hogy nem az élettel összeegyeztethető körülmények közt vizsgálunk biológiai szerkezeteket".
A krio-elektronmikroszkóp, amiért a három különböző nemzetiségű és egymástól függetlenül dolgozó kutató, Jacques Dubochet, Joachim Frank és Richard Henderson Nobel-díjat kap, forradalmi áttörést hozott a biológiai minták szerkezetének felderítésében.
"Két probléma várt megoldásra: egyrészt biztosítani kellett a víz jelenlétét vákuumban és meg kellett oldani a nagyfelbontású képalkotást, kis intenzitású elektronsugárzás mellett", mondta a kutató. Ez a munka 30-40 évvel ezelőtt kezdődött, az igazán használható krio-elektronmikroszkópok pedig öt-hat évvel ezelőtt terjedtek el. Mint mondta, a tudomány által feltárt fizikai elvek alkalmazására sokszor évtizedeket kell várni, mivel az ehhez szükséges technikai eszközök nincsenek a fejlettség azon szintjén, amellyel a felmerült problémákat meglehetne oldani. "Ez esetben is tudtuk például, hogy mit akarunk, de nem tudtuk, hogy miként lehet úgy mintákat készíteni, hogy a víz vákuumban ne párologjon el". Erre jött Dubochet megoldása, aki mínusz 200 Celsius-fokos közegbe juttatja be biológiai minták vizes oldatait, ahol ezek rendkívül nagy sebességgel hűlnek le. Ez azért fontos, mert ez az idő nem elegendő ahhoz, hogy a víz kikristályosodjon. A kristályok szétrombolnák a szerkezetet. Tulajdonképpen egy üvegszerű, folyadékszerű állapotban marad a víz a mintában, amely így megőrzi a biológiai objektum eredeti, funkcióképes szerkezetét.
"A másik fontos dolog, hogy a biológiai minták nagyon érzékenyek és az elektronmikroszkópiában szokásos elektronsugár dózisok szétroncsolják őket, tehát kisebb dózist kell alkalmazni, a kisebb intenzitás miatt viszont homályos lesz a kép. Egy homályos képpel nem sok mindet lehet kezdeni, ezért az a megoldás, hogy nagyszámú, például egymillió képet készítünk azonos mintáról, és ezeket számítástechnikai eszközökkel összegezzük, így lecsökkenthető a jel/zaj viszony. Ez történik most a krio-elektronmikroszkópiában is, hogy sok-sok képet összegzünk és számítástechnikai eszközökkel ezekből nagy felbontású, háromdimenziós képet hozunk létre."
A kutató elmondta, hogy ezt a technikai áttörést elsősorban az élettudományokban tudják hasznosítani, mivel ott van szükség arra, hogy vizes közegben vizsgáljanak bonyolult, rendkívül érzékeny szerkezeteket. "Atomi molekuláris kontúrokat látunk a természetes vizes közegükben, ami arra jó, hogy egy sejtről, egy vírusról, egy riboszómáról vagy valamilyen molekuláris komplexről pontos szerkezeti képet kapjunk. A funkció pedig maga a szerkezet". Kiemelte: a biológia területén óriási áttörést jelent, hogy olyan dolgok, amelyeket eddig csak sejtettek a tudósok, most láthatóvá váltak. "Eddig indirekt információk alapján már nagyon sokat tudtunk egy sejt szerkezetéről vagy működéséről, de a maga többé-kevésbé természetes valójában nem látta senki. Bizonyos dolgokat megtudtunk eddig is mérni, tapasztalni vagy megfigyelni, és ezekből állt eddig össze egy kép. Most az történt, hogy amit eddig sejtettünk, azt most már látjuk is."
Závodszky Péter elmondta, egy ilyen műszer 8-10 millió dollárba kerül, ezért nem egy általánosan elterjedt kísérleti eszközről van szó. Egy új technikai eszköz mindig utat nyit olyan kérdések megfogalmazásához, amelyet eddig azért nem tettek fel, mert a meglévő eszközökkel nem tudtak volna rá válaszolni. "Nagy jelentőségűnek és tanulságosnak tartom megemlíteni, hogy ezek a munkák az 1970-es években kezdődtek, vagyis 30-40 év után értek be odáig, hogy ebből a mindennapokban használható és merőben új vizsgáló módszer jöhetett létre".
