کوینکس
همین حالا برای دوستان خود به اشتراک بگذارید: واتساپ | تلگرام |

تکنیک ریز‌بینی کریوالکترونی ؛ برگ برنده نوبل شیمی 2017

 

تکنیک ریز‌بینی کریوالکترونی ؛ برگ برنده نوبل شیمی 2017جایزه نوبل شیمی در سال ۲۰۱۷ به سه تن از پیشگامان در زمینه‌ی ریز‌بینی کریوالکترونی (Cryo-electron microscopy) تعلق گرفت. ریز‌بینی کریوالکترونی تکنیکی است که بوسیله آن می‌توان تصاویری دقیق و با جزئیات از ارگانیزم‌های زنده در مقیاس اتمی ثبت کرد.

مهاجرت به انگلستان و پرتغال

این تکنیک در طول دهه‌ها توسط چهره‌های شاخصی از جمله Jacques Dubochet از دانشگاه لوزان سوئیس، Joachim Frank از دانشگاه کلمبیا و Richard Henderson از آزمایشگاه سلولی ملکولی MRC در بریتانیا توسعه یافته است. ریزبینی کریوالکترونی شاهکاری نادر و برجسته در علم و تکنولوژی است که همه‌ چیز را ساده‌تر و بهتر می‌کند. بوسیله این روش دانشمندان توانسته‌اند تصاویری سه بعدی  با رزولوشن بالا ثبت کنند که در تولید داروهای سرطانی و شناسانی ویروس زیکا کاربرد داشته است.

سال گذشته موسسه ملی سلامت آمریکا (NIH)، از این تکنیک با ارزش تحت عنوان متد سال نام برد. مدیر اجرایی موسسه ملی سرطان آمریکا (NIC) خاطر‌ نشان کرد که بدلیل پتانسیل‌هایی که این تکنیک در زمینه‌های زیست‌شناسی تکاملی و سرطان دارد، بسیار نسبت به آن هیجان‌زده است.

جایزه نوبل شیمی در سال ۲۰۱۷ به سه تن از پیشگامان در زمینه‌ی ریز‌بینی کریوالکترونی (Cryo-electron microscopy) تعلق گرفت. ریز‌بینی کریوالکترونی تکنیکی است که بوسیله آن می‌توان تصاویری دقیق و با جزئیات از ارگانیزم‌های زنده در مقیاس اتمی ثبت کرد.

تا پیش از این، محققان در مشاهده ساختارهای درونی سلول، کوچکترین واحد حیات، با چالش‌هایی مواجه بودند. تجسم عملکرد سلول نیازمند رنگ‌ها و لکه‌های گوناگون و علامت‌هایی است که رفتارهای آن را تغییر می‌دهد. و در نهایت تنها میتواند تصویری دو بعدی از آن تهیه کرد.

این تکنیک  برای دانشمندان زیست ملکولی گره‌گشای بسیاری از مسائل بوده است.  بخصوص که ساختار های دارای DNA می‌توان به کمک آن آشکار کرد. ماده وراثتی از جمله مهم‌ترین فاکتورهای موجودات زنده است.

اما در بین سال های ۱۹۷۵ تا ۱۹۸۶، Juachim Frank به چگونگی ترکیب دو میکروگراف دوبعدی و نحوه پپیدایش تصاویر سه‌بعدی پی برد. برای مدت‌ها تصور می‌شد که میکروسکوپ‌های الکترونی، به این دلیل که پرتوهای قدرتمند الکترونی مواد بیلوژیک را از بین می‌برند، تنها برای تصویر برداری از ساختار های مرده قابل استفاده هستند.  در سال ۱۹۹۰، Richard Henderson، با استفاده از این تکنیک و میکروسکوپ الکترونی، توانست یک پروتئین را بصورت سه بعدی و به کمک ریزبینی الکترونی تا سطح اتم ها شبیه‌سازی کند.

آخرین تکه این پازل را Jacques Dubochet در اوایل دهه ۱۹۸۰ کامل کرد. او پی برد که با سرد کردن سریع یک نمونه قبل از قرار دادن آن در یک میکروسکوپ الکترونی، آب می‌تواند بدون یخ زدن به لایه‌ای جامد تبدیل شود و از ساختارهای بیولوژیکی، بدون تغییر شکل برای اسکن کردن محافظت کند.

برای درک درست از هر مسئله تصاویر بسیار کاربرد دارند. پیشرفت‌های علمی اغلب بر پایه تجسم‌های موفقیت‌آمیز از اجسام غیرقابل مشاهده توسط چشم انسان صورت می‌گیرند. با این حال در نقشه های بیو‌شیمیایی جای خالی تصاویر به چشم می‌آیند که این موضوع ناشی از عدم توانایی تکنولوژی در تولید تصاویر مناسب از مواد در سطح ملکولی است. تکنیک ریز‌بینی کریوالکترونی نقطه عطفی در این زمینه است. محققان امروزه می‌توانند بیوملکول ها را با سردکردن، نیمه متحرک کنند و با این کار فرآیند هایی را که تا کنون دور از چشم ما بودند را مشاهده کنند. این موضوع از دو جهت حائز اهمیت است؛ یکی رسیدن به فهم بهتر در شیمی و دیگری توسعه داروسازی.

همه این قدم‌ها سرانجام توانایی ثبت کردن تصاویر دقیق بیولوژیکی از کوچک‌ترین واحد حیات، سلول، را منجر شدند. این تکنیک به نوبه خود دانشمندان را به ابزاری برای بررسی دقیق بیماری‌ها مجهز و امکان توسعه هرچه بیشتر دارو‌ها را فراهم کرد.

به عنوان مثال در مورد ویروس زیکا دانشمندان به کمک روش ریز‌بینی کریوالکترونی، واحدهای منحصر به فردی از ساختار پاتوژن‌ها را شناسایی کردند به این امید که بتوانند واکسن‌های مورد نیاز را تولید کنند.

رزولوشن مطلوب برای مشاهده مواد در سطح اتمی در سال ۲۰۱۳ به دست آمد و اکنون محققان می‌توانند به طور مرتب تصاویری سه بعدی از ساختار بیوملکول ها تولید کنند. در چند سال گذشته، نوشتارهای ادبی توسط تصاویر زیادی پر شده‌اند، از تصویر پروتئین‌های مقاوم به آنتی‌بیوتیک تا تصاویری از سطح ویروس زیکا. علم بیوشیمی بوسیله این پیشرفت ها روندی تصاعدی در توسعه خود در پیش گرفته است و همه چیز برای تحقق یافتن یک آینده هیجان‌آمیز آماده است.

تصویر زیر مدلی از ساختار ویروس زیکا را نشان می‌دهد که توسط ریز‌بینی کریوالکترونی تولید شده است:

تصویر زیر مدلی از ساختار ویروس زیکا را نشان می‌دهد که توسط ریز‌بینی کریوالکترونی تولید شده است:

 

تکنیک ریز‌بینی کریوالکترونی نسب به سال های اولیه‌اش بدلیل طراحی سخت‌افزارهای بهتر به سرعت در حال توسعه است. در ابتدا تنها امکان شبیه‌سازی لکه‌هایی فاقد ‌شکل مهیا بود ولی امروزه ساختارهایی دقیق را به تصویر ‌می‌کشد، همانطور که در تصویر زیر دیده ‌‌می‌شود:

تکنیک ریز‌بینی کریوالکترونی نسب به سال های اولیه‌اش بدلیل طراحی سخت‌افزارهای بهتر به سرعت در حال توسعه است. در ابتدا تنها امکان شبیه‌سازی لکه‌هایی فاقد ‌شکل مهیا بود ولی امروزه ساختارهایی دقیق را به تصویر ‌می‌کشد، همانطور که در تصویر زیر دیده ‌‌می‌شود:

و این تکنیک روز به روز بهتر می‌شود. محققان می‌گویند هنوز اندکی محدودیت فیزیکی در رزولوشن آن وجود دارد و پیش‌بینی می‌کنند در چند سال آینده وضعیت شبیه‌سازی از ساختارهای بیولوژیکی بهتر شوند.

سه برنده این جایزه مجموعا ۱.۱ میلیون دلار را میان خود تقسیم می‌کنند. در هفته گذشته جایزه نوبل پزشکی به تحقیقاتی بر روی ریتم‌های شبانه‌روزی تعلق گرفت و جایزه نوبل فیزیک نیز به سه دانشمند آمریکایی بدلیل فعالیت هایشان بر روی امواج گرانشی اختصاص یافت.

.

منابع :  ScienceDaily , Vox



ارسال برای دوستان در: واتساپ | تلگرام |





ارسال نظر