Nobelprijs Scheikunde voor 3D-beelden van moleculen
De Nobelprijs voor Scheikunde 2017 is uitgereikt aan Jacques Dubochet, Richard Henderson en Joachim Frank, voor hun ontwikkeling van de cryo-elektronenmicroscopie. Met deze techniek kunnen biomoleculen in 3D in beeld gebracht worden, legt hoogleraar Ultrastructuurbiologie Ariane Briegel uit.
Ariane Briegel is hoogleraar Ultrastructuurbiologie bij het Instituut Biologie Leiden. In haar onderzoekslab is cryo-elektronenmicroscopie (cryoEM) bijna het standaard gereedschap. Ze onderzoekt hoe microben hun leefomgeving ‘ruiken’, en gebruikt cryoEM om de moleculen die hierbij een rol spelen in kaart te brengen. Briegel legt uit waarom de ontwikkeling van deze techniek zo belangrijk is geweest.
‘Lange tijd was röntgenkristallografie de meest gebruikte methode om eiwitten in beeld te brengen. Maar lang niet elk eiwit kan goed kristalliseren, en dan is deze methode ongeschikt. Elektronmicroscopie werkte beter, en kan meer gedetailleerd beeld maken. Maar hiervoor moet je eerst veel verschillende ingewikkelde bewerkingen uitvoeren, om het biologische sample dat je wilt bekijken te beschermen tegen het vacuüm in het apparaat. Ook deze techniek was dus niet optimaal.’
‘De drie Nobelprijswinnaars slaagden er in om deze beperkingen te overwinnen, en daardoor is cryoEM nu hard op weg de meest gebruikte methode te worden voor het bestuderen van eiwitten op atomair niveau. Jacques Dubochet en zijn collega’s bereikten een doorbraak toen zij in de jaren tachtig ontdekten dat water bevroren kan worden in een glasachtige toestand. Door kleine waterdruppels in vloeibare ethaan te druppelen, konden ze deze bevriezen voordat ze een kristalstructuur kregen. Met deze methode konden biomoleculen in hun natuurlijke staat worden ‘bevroren’, zonder dat er een contrastmiddel nodig was om ze zichtbaar te maken. Richard Henderson en zijn team slaagden er voor het eerst in om de structuur van biomoleculen in hoge resolutie in beeld te krijgen, door een heleboel kopieën van hetzelfde object te combineren. En Joachim Frank ontwikkelden de software die nodig is om een 3D-beeld te creëren uit de vele verschillende – niet zo scherpe – cryoEM-beelden van deeltjes in een oplossing.’
‘Gezamenlijk hebben deze ontdekkingen de basis gelegd voor de cryoEM-techniek zoals wij die nu gebruiken. Hierdoor is het mogelijk om biomoleculen in een natuurlijke staat te bestuderen, op een zeer hoge resolutie. We kunnen er moleculen, molecuulcomplexen of zelfs hele cellen mee in beeld brengen. Het molecuul hoeft niet te kunnen kristalliseren en we hebben maar een heel klein sample nodig. CryoEM is een krachtige techniek, die ons in staat stelt de biologische kernprocessen die het leven mogelijk maken te bestuderen.’