После десятиминутной задержки Нобелевский комитет объявил лауреатов премии по химии 2014 года: она присуждена Эрику Бетцигу, Штефану Хеллю и Уильяму Мёрнеру за разработку флуоресцентной микроскопии высокого разрешения.
Флуоресцентные микроскопы — это следующее поколение микроскопов после оптических (где увеличение осуществляется конструкцией из линз) и электронных (где используются световой поток пучка электронов и специальные магнитные линзы).
Здесь применяется метод получения увеличенного изображения с использованием люминесценции возбужденных атомов и молекул образца.
«Сначала было доказано, что теоретический лимит микроскопа составляет половину длины волны видимого света, это несколько сотен нанометров. Давайте возьмем человеческий волос. Его толщина — несколько микрон, и его можно изучать традиционными микроскопами. Но в химии и биохимии объекты гораздо меньше. Стандартная бактерия — 100 нанометров, она попадает под вышеозвученный лимит, — объяснил представитель Нобелевского комитета. — Если изучить бактерии с помощью светового микроскопа, то их сложно разобрать. Лауреаты заложили основание спектроскопии. У электронных микроскопов возможности гораздо выше, можно рассмотреть структуры до атома. Но они не позволяют изучить живые клетки или процессы внутри живых клеток. Работы, которые провели лауреаты, дали возможность изучить молекулярные процессы в реальном времени. С помощью их работ можно изучить динамические процессы, читать ДНК, изучать протеины.
Это открытие, в частности, помогло понять, как протеины соответствуют различным болезням, таким как болезнь Альцгеймера или болезнь Паркинсона».
Эрик Бетциг родился в США в 1960 году, а докторскую степень защитил в Корнелльском университете в 1980 году. Сейчас он возглавляет исследовательскую группу в Медицинском институте Говарда Хьюза. Штефан Хелль родился в Румынии в 1962 году, но сейчас является гражданином Германии. Свою докторскую степень он получил в Университете Гейдельберга в 1990 году. Сейчас является директором Института Макса Планка по биофизической химии и главой отдела в Немецком центре по изучению рака. Уильям Мёрнер родился в 1953 году в США, а докторскую степень защитил в 1982 году в Корнелльском университете. Сейчас он является профессором химии и прикладной химии в Стэнфордском университете.
Наградой отмечены два метода. Первый — микроскопия на основе подавления спонтанного испускания, разработанная Штефаном Хеллем. Один лазерный пучок заставляет флуоресцирующие молекулы светиться, второй — подавляет все излучение вокруг определенного участка размером в нанометры. Другой метод, разработанный Эриком Бетцигом и Эриком Мёрнером, — микроскопия одиночных молекул. Он основан на возможности включать и выключать флуоресцентное излучение отдельных молекул. Снимая интересующую область много раз и накладывая затем полученные снимки, ученые могут добиваться пространственного разрешения в нанометры. Бетциг впервые применил этот метод в 2006 году.
О том, что представляет собой метод флуоресцентной микроскопии и какое значение он имеет для биологических исследований, «Газете.Ru» рассказал доктор биологических наук, заведующий лабораторией Института биоорганической химии РАН Константин Лукьянов.
«Оптическая микроскопия обладает пределом разрешения, это дифракционный барьер, равный примерно половине длине световой волны, это где-то 200–250 нм. Флуоресцентная микроскопия преодолевает этот предел, достигая разрешения 20–25 нм, то есть в десять раз большего. Это позволяет видеть отдельные структуры, причем не только в фиксированных, а в живых клетках, можно увидеть их динамику, какие-то внутриклеточные процессы. Технологически это решается двумя разными способами, но если не вдаваться в детали, то получается очень красивая флуоресцентная картинка, которая приближается по разрешению к электронной микроскопии.
Вы вносите флуоресцентную метку в клетку, при этом вы специфически метите какую-то определенную структуру, или какой-то белок, или какое-то событие в клетке.
Краситель возбуждается светом и испускает свет другой длины волны. Например, вы светите синим, а флуоресценция у вас зеленая. В микроскопе есть источник возбуждающего света, система фильтров и детектор.
Многие процессы, которые раньше было невозможно увидеть, теперь стали видимыми. Например, очень активно этим методом изучается организация цитоскелета — клеточного скелета. Он состоит из микротрубочек и микрофиламентов, которые организованы в тоненькую сеть, и вы можете увидеть строение этой сети почти на молекулярном уровне. Стало возможным изучить детали прохождения нервного импульса, в частности в соавторстве со Штефаном Хеллем. Например, увидеть, как происходит передача нервного сигнала в синапсах — выброс синаптических пузурьков (везикул) с нейромедиаторами и эндоцитоз — захват их мембраной. Как все это происходит, было непонятно до появления флуоресцентной микроскопии».
Нынешние лауреаты, как и ученые, получившие ранее премию по физиологии и медицине, а затем и по физике, отсутствовали в списках кандидатов на премию, которые традиционно составляет Thomson Reuters, основываясь на наукометрических показателях.
По версии Thompson Reuters, фаворитами на получение Нобелевской премии 2014 года являлись Чин Тан (США, Гонконг) и Стивен ван Слейк (США), которые изобрели органические светодиоды. Кроме того, победу прочили Чарльзу Т. Кресге, работающему в Саудовской Аравии, Рён Рё из Южной Кореи и Гэлен Стаки из США, которые разработали мезопористые материалы — материалы, структура которых характеризуется наличием полостей или каналов с диаметром в интервале 2–50 нм. Наконец, Грэм Моуд, Эдзио Риддзардо и Сань Тхан, работающие в австралийском научном агентстве CSIRO, могли быть премированы за разработку аддитивной фрагментационной полимеризации с переносом цепи (RAFT).
Таким образом, из научных премий эксперты Thomson Reuters не угадали ни одной номинации.
В 2013 году Нобелевская премия по химии была присуждена «за развитие моделей комплексных химических систем» австрийцу Мартину Карплюсу, израильтянину Ари Уоршелу и британцу Майклу Левитту.
Единственным отечественным лауреатом Нобелевской премии по химии стал в 1956 году Николай Николаевич Семенов (1896–1986) «за исследования механизма химических реакций». Премию в размере 200 123 шведские кроны (около €210 тыс. в современном эквиваленте) Семенов поровну разделил тогда с британцем Сирилом Норманом Хиншельвудом.