Az élő sejtből közvetítenek

Nanoszkópiáért két amerikai és egy német tudós, Eric Betzig, William E. Moerner és Stefan Hell kapta megosztva az idei kémiai Nobel-díjat. A bizottság indoklása szerint a nanoszkópia egyebek közt lehetővé tette az élő sejteken belül az egyes molekulák nyomon követését.

A nanoszkópia biológiai-orvosbiológiai jelentőségét Homolya László, a Magyar Tudományos Akadémia (MTA) doktora érzékeltette az MTI kérésére.

"Hosszú időn át jelentett nagy kihívást az optikai mikroszkópiában a felbontás határa, az úgynevezett diffrakciós limit. A fényelhajlás jelensége ugyanis határt szab annak, hogy egymástól milyen távolságban lévő két pontot tudunk a mikroszkóp alatt megkülönböztetni. Ez a fény hullámhosszának körülbelül a fele, a milliméter kétezred-ötezred része, ennél kisebb mérettartományban lévő struktúrákat már nem lehet optikai mikroszkóppal vizsgálni" - magyarázta az MTA TTK Enzimológiai Intézetének tudományos tanácsadója.

Mint emlékeztetett, nagyon sokan dolgoztak azon, hogy túllépjék a diffrakciós limitet, amelyet még 1873-ban határozott meg Ernst Abbe német matematikus és fizikus. A sejteket ugyan lehet vizsgálni optikai mikroszkóppal, hiszen átmérőjük körülbelül 10-30 mikrométer(mikrométer a milliméter ezredrésze), a sejteken belüli struktúrák azonban már nem. Az évek során több lehetséges megoldás is született, ezek közé tartozik az elektronmikroszkóp, az eljárás azonban speciális technikát igényel és élő sejteken nem alkalmazható.

"Stefan Hell, Eric Betzig és William E. Moerner munkásságát azért ismerték el Nobel-díjjal, mert trükkös optikai megközelítésekkel át tudták lépni az Abbe-törvény által meghatározott felbontási határt. Így született a szuperrezolúciós mikroszkópos technológia" - emelte ki a kutató, az MTA 2012-es kiválósági pályázatának nyertese, aki egy évet töltött az amerikai Nemzeti Egészségügyi Intézetben (NIH) egyebek közt a szuperfelbontású mikroszkópiát tanulmányozva. Mint kifejtette, a szuperrezolúciós mikroszkópiának több technikai megoldása is van.

Az egyiket, a STED-eljárást, a stimulált emissziós kioltást az aradi születésű Stefan W. Hell dolgozta ki. "A fluoreszcens mikroszkópiában a fényelhajlás miatt kiterjedése van a pontnak. A STED-módszer lényege, hogy két lézerimpulzust alkalmaz: az első gerjeszti a molekulát, a másik alapállapotba juttatja vissza, így az eredeti gerjesztés helyét sokkal pontosabban meg lehet határozni" - fogalmazott Homolya László.

Eric Betzig és William E. Moerner a szuperrezolúció elérésének más megközelítését választotta.

"Nagyon érdekes a Janelia Farm Research Campus kutatóintézetben dolgozó Eric Betzig története, aki a PALM-eljárást, a fotoaktiválható lokalizációs mikroszkópia módszerét dolgozta ki. Állástalan fizikusként saját háza nappalijában barkácsolta barátjával 2005-ben a berendezést, amelyre felfigyeltek az NIH-ben és Kaliforniából a keleti partra hívták a kutatót, hogy dolgozza ki az eljárást. A technológia lényege, hogy kisenergiájú lézerimpulzusokkal gerjesztik a molekulákat, s ezek véletlenszerű felvillanásairól rengeteg képet készít az automatizált számítógépes rendszer. A felvételek alapján pontosan azonosítani lehet a molekulák helyét, gyakorlatilag egyes molekulák szintjén lehet végezni a meghatározásokat. Hasonló elven alapul a harmadik Nobel-díjas, William E. Moerner eljárása is, amely szintén a lokalizációs mikroszkópia egy válfaja" - részletezte a kutató.

A szuperrezolúciós mikroszkópia jelentőségét taglalva Homolya László rámutatott, hogy nagyon sok betegség köthető a sejteken belüli struktúrákhoz, például a mitokondriumokhoz. Számos olyan kóros folyamat van, amelyekre a sejteken lerakódások keletkeznek. Ilyen például az Alzheimer-kór, amelynél egy kóros fehérje, a béta-amiloid lerakódásai keletkeznek az agy meghatározott részein. A Nobel-díjat eredményező eljárásokkal nyomon követhető az is, hogy miként viselkednek a sejteken belül a vírusok.