Nobelova cena za chemii pro rok 2014 byla udělena za „objev superrozlišovací fluorescenční mikroskopie“.
Držiteli Nobelovy ceny za chemii pro rok 2014 se stali Eric Betzig (Janelia Farm Research Campus, Howard Hughes Medical Institute, USA), Stefan W. Hell (Max Planck Institut pro Biofyzikální Chemii, Německé centrum pro výzkum rakoviny, Německo) a William E. Moerner (Stanfordova Universita, USA).
Mnoho současných znalostí a pochopení biologických procesů vychází z možnosti přímé vizualizace. Ze široké škály zobrazovacích technik je v biologických vědách fluorescenční mikroskopie preferována zejména díky možnosti specifického značení sledovaných molekul a aplikace na živé buňky. V tom spočívá její výhoda oproti elektronové mikroskopii. Nicméně, konvenční fluorescenční mikroskopie byla dosud limitována poměrně nízkým rozlišením. V optimálním případě lze dosáhnout rozlišení cca 200 nm laterálně a 500 nm axiálně v závislosti na vlnové délce. Vzhledem k malé velikosti proteinů a jiných molekul, jež jsou předmětem zájmu, bylo toto rozlišení, omezené difrakčním limitem světla, nedostatečné. V posledních letech byla proto věnována značná pozornost vývoji nových metod, jejichž cílem bylo tuto difrakční bariéru překonat, a umožnit tak fluorescenční mikroskopii na úrovni jednotlivých molekul. To vedlo k objevu bezpočtu průlomových vysokorozlišovacích (superresolution) technik, za které byla Královskou švédskou akademií věd udělena Nobelova cena v oboru chemie.
Díky současnému vývoji ve vysokorozlišovací fluorescenční mikroskopii a pokoření fyzikálního limitu maximálního možného rozlišení postulovaného Ernstem Abbem, již není pozorování malých molekul v živých objektech nemožné. A to zejména díky průkopnické práci tří letošních laureátů Nobelovy ceny za chemii. Američtí vědci Eric Betzig a William E. Moerner byli oceněni za tzv. „lokalizační mikroskopii“ umožňující zobrazovat jednotlivé molekuly. Metoda je založena na možnosti aktivace fluorescence jen v části populace fluoroforů ve vzorku, který je po dlouhou dobu snímám. Výsledný rekonstruovaný obraz má pak rozlišení v řádech nanometrů. Německý vědec, vášnivý saxofonista a zakladatel firmy Abberior, Stefan W. Hell pak umožnil přechod z mikrosvěta do nanosvěta díky technice založené na stimulované depleci emise (z angl.: stimulated emission depletion, STED). V této metodě je využíváno dvou laserů, jeden pro vybuzení sledovaného fluoroforu, druhý pro depleci jeho emise. Nesmíme ovšem také zapomenout na bohužel předčasně zesnulého pionýra další superrozlišovací techniky: strukturní iluminační mikroskopie, Matse Gustafssona (Janelia Farm Research Campus, Howard Hughes Medical Institute, USA). Nepostradatelný přínos ve vývoji lokalizačních metod měla také Xiaowei Zhuang (Harvardská universita, USA).
Vysokorozlišovací fluorescenční mikroskopie jistě bude podstatným přínosem i pro výzkum na Vysoké škole chemicko-technologické v Praze. Umožní nám rozšířit v současné době používané metody konfokální mikroskopie a fluorescenčního zobrazování živých buněk (live imaging) a zaznamenat nejen v současnosti pozorované dynamické procesy v buňce, ale také zachytit sledované pochody na molekulární úrovni. Potvrzení interakce proteinů či jiných molekul zájmu již nebude díky nanometrovému rozlišení nadále problémem.
Silvie Rimpelová, Tomáš Ruml
