Mengamati dunia pada tingkat molekuler adalah hal yang sulit. Tetapi mencoba untuk fokus pada molekul yang bergerak adalah tugas yang bahkan lebih menakutkan. Hadiah Nobel Kimia tahun ini menghormati karya tiga ilmuwan yang mengembangkan teknik untuk membekukan pembekuan blok bangunan kehidupan yang sangat kecil dan mempelajarinya secara dekat.
Konten terkait
- Pria yang Menciptakan Nitrogliserin Ngeri Oleh Dynamite
Dalam bidang kimia, struktur sering kali sangat berkaitan dengan fungsi molekul dan oleh karena itu dengan cermat memeriksa struktur yang membentuk semua lapisan masyarakat — dari virus hingga tanaman hingga manusia — para peneliti mungkin dapat bekerja ke arah perawatan dan penyembuhan yang lebih baik untuk penyakit.
"Sebuah gambar adalah kunci untuk memahami, " menurut siaran pers Royal Swedish Academy of Sciences yang mengumumkan penghargaan tersebut.
Sejak 1930-an, mikroskop elektron — di mana berkas elektron digunakan untuk menggambarkan detail benda-benda kecil — telah memungkinkan para ilmuwan melihat sekilas bagian terkecil dari dunia kita. Namun teknologi ini tidak ideal untuk mempelajari struktur organisme hidup, lapor Laurel Hamers for Science News .
Agar mikroskop elektron berfungsi dengan baik, sampel harus berada dalam ruang hampa udara, yang mengeringkan jaringan hidup dan dapat merusak beberapa struktur yang diharapkan dipelajari oleh para ilmuwan. Sampel itu juga dibombardir dengan radiasi berbahaya. Teknik-teknik lain, seperti kristalografi sinar-X, tidak dapat mencitrakan kehidupan dalam keadaan alami karena membutuhkan molekul yang diinginkan untuk tetap mengkristal secara kaku.
Bagi ahli biologi molekuler Skotlandia Richard Henderson, pembatasan ini tidak bisa dilakukan untuk melihat molekul yang membentuk sel hidup. Mulai tahun 1970-an, ia mengembangkan teknik menggunakan mikroskop elektron untuk membuat gambar protein hingga ke tingkat atom, lapor Erik Stokstad of Science . Mikroskop diatur pada daya rendah, yang menciptakan gambar buram yang nantinya bisa diedit menjadi resolusi lebih tinggi menggunakan pola berulang molekul sebagai panduan.
Tetapi bagaimana jika sampel tidak berulang? Di situlah ahli biofisika Jerman Joachim Frank masuk. Dia mengembangkan teknik pemrosesan untuk membuat gambar 3 dimensi yang tajam dari molekul-molekul yang tidak berulang. Dia mengambil gambar berdaya rendah di banyak sudut yang berbeda, dan kemudian menggunakan komputer untuk mengelompokkan objek yang serupa dan mempertajam mereka membuat model 3D dari molekul hidup, lapor Kenneth Chang dari New York Times .
Pada awal 1980-an, ahli biofisika Swiss Jacques Dubochet menemukan cara untuk menggunakan sampel lembab di bawah kekosongan mikroskop elektron. Dia menemukan bahwa dia dapat dengan cepat membekukan air di sekitar molekul organik, yang mempertahankan bentuk dan strukturnya di bawah tarikan vakum yang menyimpang.
Bersama-sama, teknik-teknik ini telah "pada dasarnya membuka semacam baru, bidang biologi struktural yang sebelumnya tidak dapat didekati, " kata Henderson tentang mikroskop cryo-electron dalam sebuah wawancara dengan Adam Smith dari Nobel Media.
Sejak penemuan mereka, para ilmuwan telah bekerja untuk terus memperbaiki resolusi teknik ini, memungkinkan gambar yang lebih rinci dari molekul organik terkecil, lapor Ben Guarino dari Washington Post . Teknik ini telah banyak digunakan dalam biologi molekuler, dan bahkan dalam kedokteran. Misalnya, setelah epidemi virus Zika yang menghancurkan, para peneliti dapat dengan cepat menentukan struktur virus dengan mikroskopi cryo-electron, yang dapat membantu bekerja memproduksi vaksin.
"Penemuan ini seperti Google Earth untuk molekul, " kata Allison Campbell, presiden American Chemical Society, lapor Sharon Begley dari STAT. Dengan menggunakan mikroskopi cryo-electron ini, para peneliti sekarang dapat memperbesar untuk memeriksa rincian terinci kehidupan di Bumi.
