Premiul Nobel pentru chimie în 2014 a fost acordat pentru inventarea unor noi tehnici şi tehnologii care permit trecerea de la microscopie la nanoscopie: adică vizualizarea detaliilor de ordinul nanometrilor. Unul dintre cei trei laureaţi, Ştefan W. Hell, cetăţean german, s-a născut şi a copilărit în România. Noile tehnologii nanoscopice ne permit să înţelegem mai bine procesele care stau la baza multor fenomene în biologie sau genetică şi vor continua să aibă un rol important în viitor.
Cine nu cunoaşte microscopul? Mulţi dintre noi am avut plăcerea să privim măcar o dată diverse obiecte cu ajutorul acestui minunat instrument care ne permite vizualizarea detaliilor pe care ochiul nu le percepe. Un microscop optic are însă o rezoluţie limitată – adică este în stare să vadă detalii până la o anumită dimensiune, după care totul devine confuz, iar imaginea nu mai este clară.
Dimensiunea limită la un microscop este în jur de un micron, mai precis 0,2 microni (limita lui Abbe) – micronul fiind a milioana parte dintr-un metru. Putem deci vedea cu ajutorul microscopului diverse celule sau bacterii, însă nu putem studia viruşii sau proteinele. Viruşii de obicei au dimensiuni de ordinul a 100 de nanometri, iar proteinele – care joacă un rol fundamental în procesele care au loc în celule – dimensiuni de circa 10 ori mai mici. Nanometrul este a miliarda parte dintr-un metru (de o mie de ori mai mic decât micronul, deci).
Cei trei laureaţi ai premiului Nobel în acest an au reuşit să inventeze noi metode care ne permit să vizualizăm obiecte cu dimensiuni de ordinul nanometrului: adevărate nanoscoape!
Stefan W. Hell, cetăţean german, născut la Arad în România în 1962, la ora actuală director la Max Plank Institute for Biophysical Chemistry, Gottingen şi şef de departament la German Cancer Research Center din Heidelberg; Eric Betzig, născut în 1960, cetăţean american, la ora actuală la Janelia Research Campus, Howard Hughes Medical Institute, Ashburn şi William E. Moerner, cetăţean american născut în 1953, care lucrează la Stanford University, au reuşit să coboare sub limita lui Abbe, combinând în mod creativ o serie de metode şi tehnologii care au de-a face cu biologia, fizica cuantică, tehnologia şi, bineînţeles, chimia.
Chiar din perioada în care lucra pentru obţinerea doctoratului la Universitatea din Heidelberg Stefan W. Hell se gândea cum ar putea să înfrângă limita lui Abbe şi să construiască un microscop care să vadă detalii mult mai mici decât micronul. După ce a obţinut doctoratul a continuat să lucreze în cercetare în Finlanda, la Turku, unde i-a venit o idee ingenioasă: combinarea tehnicii microscopiei fluorescente (în cadrul căreia molecule fluorescente ce intră într-o celulă o iluminează şi prin fotografiere se reuşeşte vizualizarea celulei) cu emisia stimulată de lumină. Cu ajutorul acesteia din urmă se reuşeşte „stingerea” luminii fluorescente. Folosind două fascicule laser, unul dintre acestea care excită moleculele fluorescente, al doilea care le stinge pe aproape toate, mai puţin cele dintr-o regiune cu raza de aproximativ un nanometru situate în centru (tehnica STED – Stimulated Emission Depletion) şi fotografiind rezultatul - se pot obţine imagini clare ale obiectelor cu dimensiuni extrem de mici – chiar şi de ordinul nanometrilor.
Moerner şi Betzig au inventat, lucrând independent unul faţă de altul, o tehnică diferită faţă de cea a lui Hell, care foloseşte o serie de imagini efectuate în momente succesive ale moleculelor fluorescente (single-molecule microscopy) iluminate cu un puls de lumină foarte slab.
Cei trei laureaţi ai premiului Nobel lucrează în cercetare. Tehnicile inventate de aceştia sunt folosite în lumea întreagă cu rezultate excelente.
Ştefan Hell a folosit nanoscopul pe care l-a inventat pentru studiul celulelor nervoase pentru a înţelege mai bine cum funcţionează creierul. W.E. Moerner a studiat proteinele care au rol activ în morbul lui Hungtington, iar Eric Betzig a urmărit procesul diviziunii celulare în embrioni.
Multe alte procese extrem de importante în biologie, şi nu numai, vor putea fi studiate cu ajutorul tehnicilor dezvoltate de Hell, Moener şi Betzig, descoperirile acestora ducând la un real progres pentru omenire şi meritând pe bună dreptate acordarea Premiului Nobel.