Kereső toggle

A világ nagyon kicsiben

Továbbítás emailben
Cikk nyomtatása

A szuperfelbontású fluoreszcens mikroszkópia felfedezéséért ítélte oda a kémiai Nobel-díjat ebben az évben a Nobel Bizottság. Eric Betzig, Stefan Hell és William E. Moerner olyan módszerek kidolgozásáért kapták a díjat, amellyel a mikroszkópok felbontásának útjában álló  évszázados akadályt tudták ötletes trükkökkel áthidalni.

Az idei díjazottak egy olyan tudományterületen értek el kiemelkedő eredményt, amelyen több évtizede szinte folyamatos forradalom van, és amelynek egy másik aspektusát a közelmúltban már értékelte a bizottság. 2008-ban a Nobel Bizottság Roger Tsiennek, Osamu Shimomurának és Martin Chalfie-nak ítélte a kémiai Nobel-díjat a GFP nevű fehérje felfedezéséért és annak továbbfejlesztéséért. A GFP – vagyis a zöld fluoreszcensfehérje – felfedezése valóságos forradalmat indított el az élettudományok területén, ennek a fehérjének a segítségével ugyanis láthatóvá lehet tenni a sejt – kis túlzással – minden komponensét. A titok nyitja, hogy a GFP, amelyet az Aequorea victoria nevű medúzában fedeztek fel, nagyon intenzív zöld színű fluoreszcens fényt képes kibocsátani. Tekintettel arra, hogy a GFP, ahogy a nevében is benne van, egy fehérje, nem toxikus a sejtre nézve, ami sok, a mikroszkópiában használt fluoreszcens festék esetében fontos kérdés.

A GFP által katalizált „fluoreszcencia-forradalom” során egyre jobban nőtt az igény a mikroszkópok felbontásának növelésére. Ennek útjában képletesen a 19. század végén alkotó Ernst Abbe állt, aki bebizonyította, hogy a mikroszkópok felbontása, vagyis az a legkisebb távolság, amíg két pontot meg tudunk különböztetni egymástól, a hullámhossztól, vagyis az alkalmazott fény színétől függ. A legjobb felbontás a kék színű fénnyel érhető el, ebben az esetben két pontot körülbelül kétszáz nanométeres távolságig tudunk megkülönböztetni, az ennél finomabb részletek már elmosódottak lesznek. Magát a számot tekintve ez önmagában nem rossz, mivel a nanométer a méter egymilliárdod része, ez a felbontási határ egy átlagos sejt századrészének felel meg, mégis nagyobb, mint egy vírus, és százszor nagyobb, mint a GFP átmérője, vagyis ezeket a részleteket hagyományos mikroszkópokkal már nem lehet látni.

Egyre inkább előtérbe került a kérdés, hogy vajon „be lehet-e csapni” Abbét, ki lehet-e kerülni ezt a nagyon szigorú szabályt. Stefan Hell a kilencvenes évek közepén két elméleti cikkben dolgozta ki azt az eljárást, amellyel ezt az elvet meg lehet kerülni. Hell 1962-ben Aradon született romániai sváb családban, az általános iskolát és a középiskola első évét még Romániában végezte, a család 1978-ban emigrált Németországba. A szakmában terjedő pletyka szerint a kilencvenes évek elején Hell számára beszűkültek a lehetőségek Németországban, ami miatt Finnország második legnagyobb városában működő kiváló egyetemre ment el dolgozni, ez hozta el a fordulatot az életében. Ugyanis Turkuban dolgozta ki a STED (stimulated emission depletion = stimulált emisszióval való kioltás) -mikroszkóp elvét és itt építette meg az első STED-mikroszkópot. Hell mikroszkópjában két lézer működik, az első hatására kezd el a sejtbe bejuttatott „festék” – GFP vagy más kromofór – világítani. A második lézer végigpásztáz a megvilágított mintán, és a fluoreszcencia túlnyomó részét gyakorlatilag lekapcsolja. A második lézernyaláb alakja leginkább egy fánkra hasonlít, a „fánk” vastag része kioltja a fluoreszcenciát, a fény így már csak a fánk középső, vagyis lyukas részéről érkezik, ezzel viszont túljárt Abbe eszén: a felbontás ugyanis jelentősen javítható. Az első STED-mikroszkóppal 2000-ben Hell először száz nm-es felbontást tudott elérni. A sikert követően a német fizikus szerződést kötött a Leica nevű mikroszkópgyártó céggel, így a STED-mikroszkópokat kizárólag a német cég hozza forgalomba, amelyeknek a felbontása mára már ötven nm körüli.

Mára már ismert, hogy az Abbe-féle diffrakciós határ áttörése több más módszerrel is lehetséges. Az idei kémiai Nobel-díj két másik díjazottja a fotoaktivációs lokalizációs mikroszkópiának (PALM) nevezett módszerrel ért el átütő eredményt. Ez a felfedezés a korábban már említett GFP-hez kapcsolódik, William E. Moerner a kilencvenes években figyelte meg, hogy különböző színű lézerfénnyel megvilágítva a GFP két állapot között be- és kikapcsolható. Ebben az eredményben pedig a jelentős mikroszkópiai múlttal rendelkező Eric Betzig látta meg a lehetőséget. A GFP ki-be kapcsolgatásával teljesen más jellegű képet kapunk. Ahogyan a lézer pásztázza a minta felületét, a kép a pointillizmus festményei esetében alkalmazott technikához hasonlóan apró pontokból áll össze. A felbontás ebben az esetben még kedvezőbb, húsz nanométer körüli.

Magyar helyzet

Magyarországon négy szuperfelbontású mikroszkóp működik. Budapesten a Kísérleti Orvostudományi Kutatóintézetben (KOKI) egy kommerciálist, a Szegedi Tudományegyetemen pedig egy saját fejlesztésű PALM-mikroszkópot használnak. A Pécsi Tudományegyetem Szentágothai János Kutatóközpontjában egy másik szuperfelbontású módszerrel működő kommerciális mikroszkóp található.

Olvasson tovább: