Revolutionaire beeldtechniek wint Nobelprijs voor de scheikunde

De Nobelprijs voor scheikunde gaat dit jaar naar drie wetenschappers uit Groot-Brittannië, de Verenigde Staten en Zwitserland voor de ontwikkeling van van cryo-elektronmicroscopie, een revolutionaire beeldtechniek die levende structuren veel gedetailleerder in beeld kan brengen. 

Nobelprijswinnaars Jacques Dubochet, Joachim Frank en Richard Henderson. Beeld: Nobel Media

De drie wetenschappers, Jacques Dubochet, Joachim Frank en Richard Henderson, krijgen de prijs voor de ontwikkeling van cryo-elektronmicroscopie (CRYOEM). Dat maakte het Nobelcomité van de Zweedse Academie van Wetenschappen woensdagochtend bekend. Deze techniek versimpelt en verbetert de manier waarop we biomoleculen in beeld kunnen brengen. Daarnaast kan de techniek ook nog eens veel meer verschillende moleculen ‘zien’ dan zijn voorgangers.

Traditionele elektronenmiscroscopie heeft de onhandige eigenschap dat het de materialen die het in beeld brengt aan stukken knalt met zijn elektronenbundels. Dat is bij de nieuwe techniek niet het geval. CRYOEM lost de moleculen op in water en bevriest deze zeer snel bij extreem lage temperaturen, zodat in het water geen kristallen vormen die de beeldvorming zouden kunnen hinderen. Doordat de moleculen gevangen zitten in het ijs, deert het niet zoveel wanneer de elektronbundel een deel van het molecuul kapot schiet. Dat behoudt dan gewoon zijn vorm.

Dankzij de techniek kunnen chemici cellulaire structuren, eiwitcomplexen en virussen in veel meer detail bestuderen dan voorheen. Dat helpt chemici bij hun pogingen om de basale eigenschappen van chemische structuren te doorgronden en bij de ontwikkeling van toekomstige geneesmiddelen.

Verbeteren van de techniek

Cryo-elektronmicroscopie onthult de kleinste details van biomoleculen. Beeld: The Royal Swedish Academy of Sciences

Omdat traditionele elektronmicroscopie het materiaal kapotschiet, werd lang gedacht dat je de techniek alleen kon gebruiken voor de analyse van dood materiaal. Later bleek dat iets dergelijks toch mogelijk was. In 1990 slaagde Richard Henderson erin om een elektronenmicroscoop te bouwen die een driedimensionaal beeld kon maken van een eiwit op atomische resolutie.

Joachim Frank maakte deze technologie vervolgens algemeen toepasbaar. Tussen 1975 en 1986 ontwikkelde hij een beeldtechniek waarmee je de vage tweedimensionale beelden van een elektronenmicroscoop kon samenvoegen tot een driedimensionale structuur.

Jacques Dubochet zette de volgende stap door ook water toe te voegen aan de elektronenmicroscoop. Dat ging niet zonder slag of stoot, want vloeibaar water verdampt in het vacuüm van een elektronenmicroscoop. Bij die verdamping gaan de biomoleculen echter kapot. In de vroege jaren tachtig van de vorige eeuw slaagde Dubochet er echter in om dat water door snelle afkoeling te stollen. Dat zorgde ervoor dat de biomoleculen hun natuurlijke structuur behielden.

Dankzij deze ontdekkingen is de elektronenmicroscoop steeds verder verbeterd. Onderzoekers kunnen daardoor nu driedimensionale structuren van biomoleculen ‘zien’. In de laatste schoten zij atomaire kiekjes van  bijvoorbeeld eiwitten die antibioticaresistentie veroorzaken en het oppervlak van het Zikavirus. Laatstgenoemde is handig voor het ontwikkelen van een geneesmiddel.

Spannende tijden voor biochemie

LEESTIP Meer leren over scheikunde?
De beroemde chemicus Peter Atkins neemt je met prachtig geschreven zinnen mee langs de fundamenten en toepassingen van de huidige chemie. €9,99 Bestel nu in onze webshop

Volgens Joachim Frank is de ontwikkeling van de techniek nog niet voltooid. Het maken van filmpjes van biologische processen zou bijvoorbeeld de volgende stap kunnen zijn.

Dankzij de huidige methode breekt een spannende tijd aan voor de biochemie. Zeker in de geneeskunde biedt de techniek een handig hulpmiddel. ‘De geneeskunde kijkt niet meer naar organen, maar naar moleculen’, zei Frank tijdens de persconferentie na afloop van de bekendmaking. Het ‘coolste’ molecuul om te bekijken vond Frank het ribosoom, een molecuul dat verantwoordelijk is voor de aanmaak van eiwitten in cellen. ‘Je kon het zien tot in detail. Het was indrukwekkend!’

Frank wist niet goed hoe hij moest reageren op het nieuws dat hij de Nobelprijs had gewonnen. ‘Ik was overweldigd. Ik dacht dat de kans op het winnen van de prijs minuscuul was. Er zijn zo veel andere onderzoekers die bezig zijn met interessant en baanbrekend onderzoek. Dus, ja ik was sprakeloos. En ja, het was geweldig nieuws.’

Mis niet langer het laatste wetenschapsnieuws en meld je nu gratis aan voor de nieuwsbrief van New Scientist.

Lees verder:

Plaats een reactie