Süper çözünürlüklü ışık mikroskopisi Kimya Nobel ödülü kazandı

Süper çözünürlüklü ışık mikroskopisi Kimya Nobel ödülü kazandı

Geçtiğimiz günlerde, Kimya Nobel Ödülü’nün “Süper çözünürlüklü ışık mikroskopisi” alanında çalışan Beitzig, Hell ve Moerner’e verildiği ilan edilmişti. Bu yazımızda araştırmacıların keşfettiği yöntemin ayrıntılarını okuyabilirsiniz.

2014 Kimya Nobel ödülü biyomedikal görüntülemenin üç öncüsüne verildi, bu insanların çalışması ile hücreler içindeki nano-boyutlu özellikler mükemmel derecede iyi görüntülenebiliyor. Howard Hughes Tıp Enstitüsü (ABD)’den Eric Betzig, Almanya’daki Max Planck Biyofiziksel Kimya Enstitüsü’nden Stefan Hell ve ABD’deki Stanford Üniversitesi’nde görev yapan WE Moerner, “süper çözünürlüklü fluoresans mikroskopisinin geliştirilmesi” konulu çalışması ile Nobel ödülünü paylaşacaklar.

Geliştirmiş oldukları teknikler optik mikroskopi kullanılarak son derece yüksek çözünürlüklü görüntülerin üretilmesini mümkün kılıyor. Çalışma, “difraksiyon/saçılma” sınırı sorununu da çözüyor, bu olay, ışık mikroskopisinin görünür ışığın dalga boyunun yarısından daha küçük veya 200 nm civarında olan nesneler arasında seçim yapamamak ile ilgili. Bu ilerleme nano-yapıların (tekil moleküller dahil) hâlâ canlı iken görüntülenebilmesini sağlamış durumda. Bu olay elektron mikroskopisi gibi yöntemler ile başarılamıyordu.

“Kimya ve biyokimyadaki olayların çoğunluğu (ışığın dalgaboyundan) daha küçük uzunluklarda gerçekleşiyor” diyen Sven Lidin, kimya Nobel ödülü komisyonunda görev aldı ve ödülün kime verildiğinin açıklandığı toplantıda sözcü olarak bulundu. Lidin, sözlerine şöyle devam etti: “Ödülü kazanan bilim insanlarının çalışması gerçek zamanlı olarak moleküler işlemlerin incelenmesini mümkün kılmaktadır”.

2000 yılında, Max Planck Enstitüsü’nde çalışan Hell ve grubu, Türkçesi “Uyartılmış Emisyon Azalması” (Stimulated Emission Depletion, STED) olan tekniği geliştirerek çok daha yüksek kalitede ışık mikroskopisi görüntüleri elde etmişti. STED tekniği, bir örneğin görüntülenmesini kolaylaştıracak şekilde, ona eklenmiş bulunan fluoresan molekülleri uyarmak için bir laser demeti kullanmaktadır. İkinci bir laser demeti de, iki laser demetinin merkezindeki küçük, nanometre boyutundaki alanın fluoresansını söndürmek için kullanılıyor. Örneği bu laserler ile tarayarak, bir seferde tek bir nanometre genişliğinde şeridin çok daha yüksek çözünürlüklü yapısal resmi elde edilebiliyor ve diğer fluoresan moleküller tarafından oluşturacak daha bulanık bir resmi meydana getirebilecek ışık engellenmiş oluyor.

Tek molekül görüntüleme

Birbirinden ayrı şekilde, Betzig ve Moerner (o zamanlar her ikisi de endüstride çalışıyordu), tek bir fluoresan molekül tarafından salınan ışığı tespit etmenin mümkün olacağını gösterecek şekilde “tek fluorofor mikroskopisi” adı verilen başka bir tekniğin temellerini atmış oldular. Bu bilgi ile hareket eden araştırmacılar, bir örneğe küçük miktarda fluoresan proteinler ilave etmek suretiyle tek resimleri kullanıp yüksek çözünürlüklü bir görüntü elde etmenin mümkün olacağını gösterdi. Zayıf bir ışık atımı kullanarak, bir seferde ve bir örnekte az miktarda fluoresan proteinleri uyarıp yüksek çözünürlüklü görüntülerini oluşturdular. Fluoresan proteinler örnek içinde oldukça az ve birbirlerinden uzakta bulundukları için, parlayanlar genellikle birbirinden 200 nm’den daha uzakta idiler ve bu değere optik mikroskopi için saçılma sınırı olarak daha önce değinilmişti. Uyartılmış fluoresan proteinler “yandığı” zaman, uyartılma işlemi tekrar tekrar sürüyor ve örnek içinde yayılmış fluoresan proteinlerin bolca görüntüsü alınmış oluyor. Bu resimler bir araya getirilerek örneğin yüksek çözünürlüklü bir fotoğrafı oluşturulabiliyor, yine optik mikroskopinin ışık dalgaboyu ile ilgili sınırlaması aşılmış oluyor.

O yıllardan sonra, bu görüntüleme araçları moleküler biyologlara sinyal verici moleküllerin veya bireysel hücreler içindeki hastalık işaretçilerinin hareketlerini takip etme fırsatı verdi, örneğin öğrenme sırasında tekil bir sinir hücresi içindeki moleküler değişimleri tespit etmek mümkün oldu.

Chemistry World muhabirlerine telefonda konuşan Hell, ödülü kazanmış olmaktan dolayı son derece “şaşırmış” olduğunu ifade etti ve araştırmasının ilk safhalarında yaşamış olduğu zorluklardan bahsetti. Saçılma engelini aşma fikrine bilimsel komitenin çok hazır olmadığını anlatan Hell, saçılma engelini ışık dalgalarını değiştirerek değil, moleküllerle oynayarak aştıklarını anlattı. “İşte bu yüzden, arada gelip duran sorunlara rağmen kendime olan inancımı yitirmedim”.

Kraliyet Kimya Cemiyetinin başkanı olan Dominic Tildesley, “Betzig, Hell ve Moerner’in ışık mikroskopisinin çözünürlüğünü geliştirmeye yönelik çalışması bilim adamlarının fizyolojik olayları çok daha keskin bir bakış açısı ile incelemelerine olanak tanıdı” diyor.

Dominic Tildesley, araştırma ekibinin geliştirdiği tekniklerin “nano boyuta indirgenmiş şekilde, insan vücudunda neler olduğuna ilişkin yeni farkındalık seviyeleri kazandırdığını söyleyerek sözlerini noktalıyor.

Birleşik Krallık’taki Cambridge Üniversitesi’nde görev yapan Steven Lee, Moerner’in laboratuarında doktora sonrası araştırmacı olarak da çalışmış olup araştırmacıların Nobel ödülü ile taltif edilmesini “son derece önemli” buluyor.

Lee, “Bu heyecan verici keşifler, ışığın madde ile temel düzeyde nasıl etkileştiğini daha iyi anlamak isteyen fiziksel kimyacılar tarafından yıllar boyu yürütülen zahmetli araştırmaların sonucunda ortaya çıktı” diyor. “W. E. Moerner ile çalışma şansını yakadığım için mutluyum – merak dolu ve tutkulu araştırma yaklaşımı hepimize örnek oldu”

Kaynak:  Chemistry World

+ Yorum bulunmuyor

Yorum yap