Premiul Nobel pentru chimie in 2014 a fost acordat pentru inventarea unor noi tehnici si tehnologii care permit trecerea de la microscopie la nanoscopie: adica vizualizarea detaliilor de ordinul nanometrilor. Unul dintre cei tre laureati, Sefan W. Hell, cetatean german, s-a nascut si a copilarit in Romania. Noile tehnologii nanoscopice ne permit sa intelegem mai bine procesele care stau la baza multor fenomene in biologie sau genetica si vor continua sa aiba un rol extrem de important in viiitor.

Cine nu cunoaste miscoscopul? Multi dintre noi am avut placerea sa privim macar o data divese obiecte cu ajutorul acestui minunat instrument care ne permite vizualizarea detaliilor pe care ochiul nu le percepe. Un miscoscop optic insa are o rezolutie limitata – adica este in stare sa vada detalii pana la o anumita dimensiune, dupa care totul devine confuz iar imaginea nu mai este clara.

Dimensiunea limita intr-un microscop este in 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, insa nu putem studia virusii sau proteinele. Virusii de obicei au dimensiuni de ordinul a 100 de nanometri, iar proteinele – care juaca un rol fundamental in procesele care au loc in celule – dimensiuni de circa 10 ori mai mici. Nanometrul este a miliarda parte dintr-un metru (de o mie de ori mai mic decat micronul deci).

Cei trei laureati ai premiului Nobel in acest an au reusit sa inventeze noi metode care ne permit sa vizualizam obiecte cu dimensiuni de ordinul nanometrului: adevarate nanoscoape!

Stefan W. Hell, cetatean german, nascut la Arad in Romania in 1962, la ora actuala director la Max Plank Institute for Biophysical Chemistry, Gottingen si sef de departament la German Cancer Research Center din Heidelberg; Eric Betzig, nascut in 1960, cetatean american, la ora actuala la Janelia Research Campus, Howard Hughes Medical Institute, Ashburn si William E. Moerner, cetatean americam nascut in 1953, care lucreaza la Stanford University, au reusit sa coboare sub limita lui Abbe combinand in mod extrem de creativ o serie de metode si tehnologii care au de-a face cu biologia, fizica cuantica, tehnologia si, bineinteles, chimia.

Chiar din perioada in care lucra pentru obtinerea doctoratului la universitatea din Heidelberg Stefan W. Hell se gandea cum ar putea sa infringa limita lui Abbe si sa construiasca un microscop care vede detalii mult  mai mici decat micronul. Dupa ce a obtinut doctoratul a continuat sa lucreze in cercetare in Finlnda, la Turku, unde i-a venit o idee extrem de ingenioasa: combinarea tehnicii microscopiei fluorescente (in cadrul careia molecule fluorescente ce intra intr-o celula o ilumineaza si prin fotografiere se reuseste vizualizarea celulei) cu  emisia stimulata de lumina. Cu ajutorul acesteia din urma se reuseste „stingerea”  luminii fluorescente. Folosind doua fascicule laser, unul dintre acestea care excita moleculele fluorescente, al doilea care le stinge pe aproape toate, mai putin cele dintr-o regiune cu raza de aproximativ un nanometru  situate in centru (tehnica STED – Stimulated Emission Depletion) si fotografiind rezultatul se pot obtine imagini clare ale obiectelor cu dimensiuni extrem de mici – chiar si de ordinul nanometrilor.

Moerner si Betzig au inventat, lucrand independent unul fata de altul, o tehnica diferita fata de cea a lui Hell, care foloseste o serie de imagini efectuate in momente succesive ale moleculelor fluorescente (single-molecule microscopy)  iluminate cu un puls de lumina foarte slab.

Cei trei laureati ai premiului Nobel luceaza in mod activ in cercetare. Tehnicile inventate de acestia sunt folosite in lumea intreaga cu rezultate surprinzatoare.

Stefan Hell a folosit nanoscopul pe care l-a inventat pentru studiul celulalor nervoase pentru a intelege mai bine cum functioneaza creierul. W.E. Moerner a studiat proteinele care au rol activ in morbul lui Hungtington, iar Eric Betzig a urmarit procesul diviziunii celulare in embrioni.

Multe alte procese extrem de importante in biologie, si nu numai, vor putea fi studiate cu ajutorul tehnicilor dezvoltate de Hell. Moener si Betzig, descoperirile acestora ducand la un real progres pentru intreaga omenire si meritand pe buna dreptate acest prestigios premiu.

Articol scris de Cătălina Oana Curceanu, prim cercetător în domeniul fizicii particulelor elementare şi al fizicii nucleare, Laboratori Nazionali di Frascati, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Roma, Italia) şi colaborator al Scientia.ro