Creator de îngrășăminte și arme chimice

Unul dintre cei mai controversați laureați ai Premiului Nobel a fost Fritz Haber. Premiul pentru Chimie i-a fost acordat în 1918 pentru invenția sa a unei metode de sinteza a amoniacului, o descoperire de o importanță crucială pentru producția de îngrășăminte. Cu toate acestea, el este cunoscut și ca „părintele armelor chimice” datorită muncii sale asupra clorului de gaz otrăvitor folosit în timpul Primului Război Mondial.

Descoperire mortală

Un alt om de știință german, Otto Han (foto în centru), a fost distins cu Premiul Nobel în 1945 pentru descoperirea fisiunii. nucleul atomic. Deși nu a lucrat niciodată la aplicarea militară a acestei descoperiri, aceasta a dus direct la dezvoltarea arme nucleare. Hahn a primit premiul la câteva luni după ce bombe nucleare au fost aruncate asupra Hiroshima și Nagasaki.

De la Friedman la Obama: cei mai controversați laureați ai Premiului Nobel

O descoperire care a fost interzisă

Chimistul elvețian Paul Müller a câștigat un premiu medical în 1948 pentru descoperirea sa că DDT-ul poate ucide eficient insectele care răspândesc boli precum malaria. Utilizarea pesticidelor a salvat odată milioane de vieți. Cu toate acestea, mai târziu, ecologistii au început să susțină că DDT-ul reprezintă o amenințare pentru sănătatea umană și dăunează naturii. Astăzi, utilizarea sa este interzisă în întreaga lume.

De la Friedman la Obama: cei mai controversați laureați ai Premiului Nobel

Recompensă neplăcută

Datorită nuanțelor sale politice deschise și implicite, Premiul pentru Pace este poate cel mai controversat dintre toate premiile Nobel. În 1935, pacifistul german Carl von Ossietzky a primit-o pentru că a dezvăluit reînarmarea secretă a Germaniei. Ossietzky însuși a fost în închisoare sub acuzația de trădare, iar un Hitler revoltat a acuzat comitetul că se amestecă în treburile interne ale Germaniei.

De la Friedman la Obama: cei mai controversați laureați ai Premiului Nobel

(Posibil) Premiul pentru pace

Decizia comitetului norvegian de a acorda Premiul pentru Pace secretarului de stat american Henry Kissinger și liderului nord-vietnamez Le Duc Tho în 1973 a fost criticată dure. Premiul Nobel trebuia să fie un simbol al recunoașterii realizărilor în obținerea unui încetare a focului în timpul războiului din Vietnam, dar Le Duc Tho a refuzat să-l primească. Războiul din Vietnam a continuat încă doi ani.

De la Friedman la Obama: cei mai controversați laureați ai Premiului Nobel

Libertarian și dictator

Milton Friedman, avocatul pieței libere, este unul dintre cei mai controversați laureați ai Premiului Nobel pentru Pace în economie. Decizia comitetului din 1976 a stârnit proteste internaționale din cauza legăturilor lui Friedman cu dictatorul chilian Augusto Pinochet. Friedman a vizitat de fapt Chile cu un an mai devreme, iar criticii susțin că ideile sale au inspirat un regim în care mii de oameni au fost torturați și uciși.

De la Friedman la Obama: cei mai controversați laureați ai Premiului Nobel

speranțe zadarnice

Premiul pentru pace, care a fost împărțit în 1994 de liderul palestinian Yasser Arafat, prim-ministrul israelian Yitzhak Rabin și ministrul israelian de externe Shimon Peres, trebuia să servească drept un stimulent suplimentar pentru o soluționare pașnică a conflictului din Orientul Mijlociu. În schimb, negocierile ulterioare au eșuat, iar Rabin a fost asasinat de un naționalist israelian un an mai târziu.

De la Friedman la Obama: cei mai controversați laureați ai Premiului Nobel

Memorii înfiorătoare

Activista pentru drepturile omului Rigoberta Menchú, care apără interesele poporului mayaș, a primit Premiul pentru Pace în 1992 „pentru lupta ei pentru justiție socială”. Ulterior, această decizie a stârnit multe controverse, întrucât în ​​memoriile ei ar fi fost descoperite falsificări. Reprezentările ei despre atrocitățile genocidului indigenilor din Guatemala au făcut-o celebră. Cu toate acestea, mulți sunt convinși că oricum a meritat premiul.

De la Friedman la Obama: cei mai controversați laureați ai Premiului Nobel

Recompensă prematură

Când Barack Obama a primit Premiul pentru Pace în 2009, mulți au fost surprinși, inclusiv el însuși. Fiind președinte de mai puțin de un an la acea vreme, el a primit premiul pentru „eforturile sale extraordinare de a consolida diplomația internațională”. Criticii lui Obama și unii susținători au considerat că premiul a fost prematur și el l-a primit înainte de a avea șansa de a face orice mișcare reală.

De la Friedman la Obama: cei mai controversați laureați ai Premiului Nobel

Premiu postum

În 2011, Comitetul Nobel i-a numit pe Jules Hoffman, Bruce Beutler și Ralph Steinman laureați în medicină pentru descoperirile lor în studiul sistemului imunitar. Problema era că Steinman murise de cancer cu câteva zile mai devreme. Conform regulamentului, premiul nu se acordă postum. Dar comitetul i-a acordat-o în continuare lui Steinman, justificând-o prin faptul că moartea lui nu era încă cunoscută la acel moment.

De la Friedman la Obama: cei mai controversați laureați ai Premiului Nobel

„Cea mai mare omisiune”

Premiul Nobel este controversat nu numai din cauza cine a primit-o, ci și pentru că cineva nu l-a primit niciodată. În 2006, Geir Lundestad, membru al Comitetului Nobel, a spus că „este, fără îndoială, cea mai mare omisiune din istoria noastră de 106 ani că Mahatma Gandhi nu a primit niciodată Premiul Nobel pentru Pace”.


Conform tradiției consacrate, premiile Nobel 2017 la categoriile „științifice” nu au revenit unor oameni de știință individuali, ci unor grupuri de cercetători formate din 2-3 persoane. Dar la două discipline „umanitare” premiile s-au dovedit a fi personale.

Premiul Nobel pentru Fizică 2017 pentru descoperirea undelor gravitaționale

A fost primită de fizicienii americani Rainer Weiss, Kip Thorne și Barry Barish, sub conducerea cărora a fost implementat proiectul LIGO în SUA.

Laureații Nobel 2017: Rainer Weiss, Kip Thorne și Barry Barish (fizică)

Elementele sale principale sunt două observatoare din statele Washington și Louisiana, aflate la 3002 km unul de celălalt. Deoarece viteza de propagare valuri gravitationale egală cu viteza luminii, „gravitația” acoperă această distanță în exact 10 milisecunde, ceea ce face calculele mai ușoare. Observatoarele sunt interferometre Michelson combinate cu două lasere puternice. Utilizarea lor face posibilă stabilirea direcției sursei fluctuațiilor gravitaționale și determinarea puterii acestora.

Înapoi pe 14 septembrie 2015, o undă gravitațională de la coliziunea a două găuri negre masive, care au fost situate la o distanță de 1,3 miliarde de ani lumină de sistem solar. Apoi a fost posibil să-l înregistreze folosind observatoarele LIGO, confirmând astfel experimental însăși prezența undelor gravitaționale. Trebuie remarcat faptul că existența lor a fost prezisă de Albert Einstein încă din 1915 în cadrul acestui cadru Teoria generală relativitatea.

Dar teoria este un lucru, iar practica este complet diferită, a decis Comitetul Nobel și, cu totul meritat, a acordat premiul la trei fizicieni americani.

Descoperirea undelor gravitaționale este cu adevărat fundamentală, deoarece poate deveni punctul de plecare pentru dezvoltarea sistemelor de comunicații bazate pe interacțiune gravitațională, iar în viitorul îndepărtat, crearea de vehicule de călătorie (inclusiv cele interstelare) prin „partea greșită a spațiu”, care au fost descrise în mod repetat de scriitorii de science fiction.

Premiul Nobel pentru Chimie 2017 pentru dezvoltarea microscopiei crio-electronice

A fost acordat elvețianului Jacques Dubochet de la Universitatea din Lausanne, americanului Joachim Frank de la Universitatea Columbia și britanicului Richard Henderson de la Cambridge.

Laureații Nobel 2017: Jacques Dubochet, Joachim Frank și Richard Henderson („Chimie”)

În ciuda faptului că lucrează în diferite organizații, oamenii de știință au cooperat între ei. Drept urmare, au reușit să obțină imagini de biomolecule cu rezoluție fără precedent, pentru care au folosit soluții speciale. Esența metodei criomicroscopiei este înghețarea rapidă a biomaterialului studiat în azot lichid sau etan fără cristalizare. Acest lucru vă permite să vedeți un virus, mitocondrii, ribozom sau proteină individuală exact așa cum sunt în realitate. Folosind microscoape electronice și tehnici speciale de imagistică, oamenii de știință au creat hărți ale unei game de proteine ​​la o rezoluție de aproximativ 2 Angstromi (2 microni).

În imaginile rezultate, se pot distinge atomi individuali de carbon sau oxigen care fac parte din proteine ​​și complexe enzimatice. Această realizare nu poate fi exagerată, deoarece oferă biochimiștilor un instrument excelent de cercetare.

După cum se precizează într-un comunicat de presă al Comitetului Nobel, descoperirea celor trei câștigători ai premiului 2017 „a mutat biochimia în nouă eră».

Acum, structura ADN-ului poate fi vizualizată nu schematic, ci mai degrabă poate avea o imagine realistă „ca atare”, care cu siguranță va ajuta la atingerea unei varietăți de obiective. De exemplu, se deschid perspective excelente în evaluarea efectelor medicamentelor asupra celor mai subtile structuri ale corpului, precum și în modificarea genetică. Noile tehnici de microscopie crioelectronică sunt de așteptat să ofere un pas potențial decisiv în dezvoltarea unui remediu pentru cancer.

Premiul Nobel pentru Fiziologie 2017 pentru cercetarea ritmurilor biologice

A mers la geneticienii americani Jeffrey Hall, Michael Rosbash și Michael Young.

Acești oameni de știință au reușit să efectueze cercetări revoluționare în domeniul așa-numitelor. cicluri „circadiene”, responsabile pentru perioadele de somn și veghe la toate ființele vii de pe planetă. Spre deosebire de predecesorii lor (și studiul bioritmurilor continuă încă din secolul al XVIII-lea), laureații Nobel au descoperit o genă specială care controlează ceasul biologic. Obiectele de studiu au fost muștele comune ale fructelor, ale căror generații se schimbă în doar câteva zile, ceea ce este foarte convenabil.

Experimentele biochimice au arătat că gena găsită codifică o proteină specială, iar în timpul nopții această substanță se acumulează în organism, iar în timpul zilei este distrusă treptat.

Oamenii de știință au analizat cu atenție cum se întâmplă acest lucru la muștele fructelor și apoi și-au extrapolat descoperirile la organisme mai complexe, inclusiv la oameni. După cum sa dovedit, ceasul biologic funcționează aproximativ la fel la toate ființele vii, reglând o serie de funcții ale corpului - temperatura, presiunea, nivelurile hormonale și, în cele din urmă, ciclurile de somn.

Rezultatele promit o soluție definitivă la problema insomniei, care afectează zeci de milioane de oameni. Mai mult, remediul împotriva tulburărilor de somn nu vor fi în curând substanțele chimice nocive, ci o proteină absolut naturală pentru oameni (dacă trebuie să rămâi treaz) sau distrugătorul ei (când trebuie să adormi). În plus, descoperirea laureaților Nobel în viitorul apropiat va îmbunătăți cu siguranță calitatea vieții persoanelor care lucrează în ture de noapte sau au un program flexibil.

Premiul Nobel pentru Economie 2017 pentru studiul „economiei comportamentale”

A revenit economistului american Richard Thaler pentru dezvoltarea unei întregi secțiuni de teorie economică, care a primit denumirea neoficială de „economie cu chip uman”.

laureat Nobel 2017: Richard Thaler („Economie”)

Această disciplină studiază comportamentul irațional al oamenilor și al organizațiilor întregi atunci când aleg bunuri și servicii. Se știe de mult timp că factorii în această alegere includ nu numai beneficii directe, ci și aspecte sociale, emoționale, cognitive și chiar religioase. Toate acestea nu sunt luate în considerare de majoritatea teoriilor economice moderne, care pornesc din faptul că baza economiei este exclusiv beneficiul direct. Laureatul Nobel din 2017 a fundamentat în mod convingător natura viciată a acestei abordări și a demonstrat, de asemenea, că „utilitatea” poate sta nu numai în planul material, ci și în zona sentimentelor.

De ce iPhone-urile scumpe concurează cu succes pe piața mondială cu Samsung-uri nu mai puțin de calitate, dar ieftine? Incl. iar la această întrebare răspunde economia comportamentală a lui Richard Thaler

În cadrul economiei comportamentale, Richard Thaler a studiat în detaliu aspecte precum euristica disponibilității, influența mulțimii (a introdus conceptul de „cascade informaționale”) și fenomenul excesului de încredere, care îi obligă pe oameni să facă o imagine obiectivă. alegerea eronată a unui produs sau serviciu. Se speră că noua teorie economică „cu chip uman” va face posibilă prezicerea mai precisă a dezvoltării piețelor de consum și a economiei în ansamblu.

Premiul Nobel pentru Literatură 2017 pentru romane cu „o putere emoțională incredibilă”

Premiat scriitorului britanic de origine japoneză Kazuo Ishiguro pentru cunoștințele sale profunde lumea interioara oameni care sunt conștienți de „natura iluzorie a conexiunilor lor cu lumea”.

Laureat Nobel 2017: Kazuo Ishiguro („Literatura”)

După cum notează experții literari, în 2017, Comitetul Nobel a abandonat în cele din urmă politizarea premiului pentru literatură, așa cum a fost cazul, de exemplu, în urmă cu doi ani, când scriitoarea puțin cunoscută Svetlana Alexievici a primit Premiul Nobel. Este posibil ca meritul ei principal, care a influențat alegerea juriului, să fi fost lucrările și declarațiile ei deschis rusofobe. Spre deosebire de Alexievich, Kazuo Ishiguro este un maestru al prozei cu adevărat recunoscut, care a primit deja premiul Booker și și-a publicat lucrările în milioane de exemplare.

Cartea sa „Never Let Me Go” a fost inclusă în cele mai bune sute de romane englezești conform revistei „Time”, iar câteva dintre lucrările maestrului au fost filmate, în special romanul „The White Countess”. Kazuyu Ishiguro a scris ultima sa carte, „The Buried Giant”, în genul acum la modă al fanteziei, dar a primit Premiul Nobel nu pentru asta, ci ca și cum pentru suma rezultatelor muncii sale, care este destul de corectă și meritată. . Romanele acestui scriitor japonez-britanic au fost traduse în 40 de limbi, inclusiv. în rusă.

Premiul Nobel pentru Pace 2017 pentru lupta împotriva armelor nucleare

A fost prezentat unei organizații numită Campania Internațională de Interzicere a Armelor Nucleare – în acronimul englezesc ICAN.

Acest rezultat a fost o surpriză pentru mulți, deoarece era de așteptat ca laureatul Nobel în domeniul păcii în 2017 să fie Papa Francisc sau cancelarul german Angela Merkel. Comitetul Nobel a reușit să surprindă observatorii alegând ICAN în ultimul moment. Această organizație unește politicienii Persoane publice, precum și oameni obișnuiți din cea de-a 101-a țară din lume și își propune să interzică complet armele nucleare pe Pământ.

ICAN desfășoară în mod regulat acțiuni în masă împotriva nuclearizării planetei, desfășoară activități educaționale și face lobby pentru legi antinucleare în diferite țări. Scopul final al organizației de a avea o lume fără bombe nucleare pare oarecum utopic, dar poate acesta a fost motivul pentru care ICAN a primit Premiul Nobel pentru Pace.

Săptămâna trecută a fost anunțat că Premiul Nobel pentru Chimie 2017 va reveni elvețianului Jacques Dubochet, american origine germană Joachim Frank și scoțianul Richard Henderson pentru „dezvoltarea tehnicilor de crio-microscopie electronică de înaltă rezoluție pentru determinarea structurilor tridimensionale ale biomoleculelor în soluție”. Munca lor a făcut posibilă, începând din anii 1980, testarea și îmbunătățirea treptată a acestui tip de microscopie într-o asemenea măsură încât în ​​ultimii ani oamenii de știință pot examina molecule biologice complexe în detaliu. Comitetul Nobel a remarcat că microscopia crio-electronică a adus biochimia într-o nouă eră, umplând multe lacune în cunoștințele despre moleculele vieții și sistemele vii.

Să remarcăm imediat că este cu greu posibil să numim microscopia electronică criogenică o metodă fundamental nouă și autosuficientă pentru studiul fizic al materiei. Mai degrabă, este un tip de microscopie electronică cu transmisie (unul dintre autorii acestei metode, Ernst Ruska, a primit Premiul Nobel în 1986), care a fost special adaptat pentru studiul obiectelor microbiologice.

Într-un microscop electronic cu transmisie, un fascicul de electroni este trecut printr-o probă suficient de subțire pentru a fi transparentă pentru electroni (de obicei zecimi și sutimi de micron), care, pe măsură ce trec prin eșantion, sunt absorbiți și împrăștiați, schimbând direcția circulaţie. Aceste modificări pot fi înregistrate (în ziua de azi o matrice CCD este folosită cel mai des ca detector, creatorii căruia, Willard Boyle și George Smith, au devenit laureați) și, după analiză, să obțină o imagine a obiectului studiat într-un avion. perpendicular pe fascicul. Deoarece lungimea de undă intrinsecă a electronilor (zeci de picometre la energii caracteristice microscoapelor electronice) este mult mai mică decât lungimile de undă ale luminii din regiunea vizibilă (sute de nanometri), microscopia electronică poate „vedea” detalii mult mai fine decât microscopia optică, inclusiv microscopie cu fluorescență de înaltă rezoluție (HRFM), dezvoltată de laureații Eric Betzig, Stefan Hell și William Moerner.

Rezoluția maximă a microscoapelor electronice - câțiva angstromi (zecimi de nanometru) - aproape a fost atinsă. Acest lucru face posibilă obținerea de imagini în care, de exemplu, atomii individuali sunt distinși. Pentru comparație: limita capacităților HRFM este de 10–20 nm. Dar doar compararea diferitelor metode bazate pe rezoluția maximă este destul de inutilă. Microscoapele electronice au rezoluție mare, dar nu este întotdeauna posibilă utilizarea acestuia. Cert este că proba, pe lângă măcinarea în timpul pregătirii, în timpul studiului în sine este supusă unei iradieri destul de serioase cu un fascicul de electroni (în linii mari, cu cât fasciculul este mai intens, cu atât mai puține erori și rezultatul este mai bun), în același timp fiind în vid (este necesar un vid pentru ca mediul să nu împrăștie electroni în afara eșantionului, introducând astfel distorsiuni inutile). Astfel de condiții sunt complet nepotrivite dacă trebuie să studiați molecule și obiecte biologice complexe - sunt deteriorate într-un mediu rarefiat și există multe legături destul de slabe în ele, care vor fi pur și simplu distruse în timpul studiului.

Înțelegerea că, fără îmbunătățiri suplimentare, microscopul electronic nu ar putea fi adaptat la studiul biomoleculelor și al sistemelor vii a apărut aproape imediat după inventarea sa. De exemplu, fizicianul maghiar Ladislav Marton a scris despre acest lucru la trei ani după demonstrarea principiului de funcționare al unui microscop electronic de către Ernst Ruska în 1931 (L. Marton, 1934. Microscopie electronică a obiectelor biologice). În același articol, Marton a propus și modalități de a rezolva această problemă. În special, el a subliniat, de asemenea, că înghețarea probelor poate reduce daunele cauzate de iradierea cu un fascicul de electroni. Este important de menționat că, deși nu este menționat în lucrarea lui Marton, înghețarea probei ajută și la reducerea vibrației termice a moleculelor, ceea ce îmbunătățește și imaginea rezultată.

În anii 1970 și 80, știința și tehnologia au atins un nivel suficient de dezvoltare pentru a depăși toate dificultățile. Și acest lucru s-a întâmplat în mare măsură datorită eforturilor câștigătorilor de premii din acest an.

Richard Henderson a fost primul care a imaginat o proteină asimetrică la rezoluție atomică folosind microscopia electronică cu transmisie (cu proba răcită). Și-a început cercetările la mijlocul anilor '70. Mai mult, la început Henderson a încercat să obțină structura mai multor proteine ​​din membrana celulară, folosind metoda analizei prin difracție cu raze X, care chiar și atunci ar putea da o rezoluție de mai mulți angstromi. Cu toate acestea, a devenit rapid clar că în acest fel bun rezultat nu poate fi realizat: substanța studiată trebuie să fie în formă cristalină, iar proteinele membranare extrase din mediul lor fie cristalizează slab, fie își pierd complet forma. Apoi a trecut la microscopia electronică.

A fost selectată o proteină specifică - bacteriorhodopsin - și s-a decis să nu o extragă din membrană, ci să o studieze direct în ea. Oamenii de știință au acoperit în plus probele cu o soluție de glucoză pentru a le proteja de uscarea în vid. Acest lucru a ajutat la rezolvarea problemei menținerii structurii. Apoi Henderson și colegii săi s-au confruntat cu problema deja descrisă a distrugerii probelor sub influența unui fascicul de electroni. O combinație de mai mulți factori a ajutat la rezolvarea acesteia.

În primul rând, bacteriorhodopsina este localizată în mod regulat în membrană, așa că luarea în considerare atentă a acestei regularități în combinație cu fotografierea din diferite unghiuri ajută foarte mult la construirea unei imagini. Acest lucru a ajutat la reducerea intensității fasciculului și la scurtarea timpului de expunere, dar la îmbunătățirea calității. Deja în 1975, a fost posibilă obținerea unei imagini a acestei proteine ​​cu o rezoluție de 7 angstromi (Fig. 3, vezi R. Henderson, P. N. T. Unwin, 1975. Model tridimensional al membranei violete obținut prin microscopie electronică).

În al doilea rând, Henderson a avut ocazia să călătorească în diferite centre științificeși încercați diferite microscoape electronice. Întrucât nu a existat o unificare în acei ani, diferitele microscoape aveau propriile avantaje și dezavantaje: diferite grade de evacuare a camerei, diferite grade de răcire a probei (acest lucru reduce daunele cauzate de iradierea electronilor), diferite energii ale fasciculului de electroni și sensibilități diferite ale detectorului. Prin urmare, posibilitatea de a studia același obiect pe diferite microscoape a făcut posibilă selectarea mai întâi a condițiilor „cel mai puțin nefavorabile” pentru obținerea unei imagini, apoi îmbunătățirea treptată a acestora. Deci Henderson a acumulat date și a obținut o structură din ce în ce mai precisă a bacteriorhodopsinei. În 1990, a fost publicat articolul său, care prezenta un model al acestei proteine ​​cu rezoluție atomică (R. Henderson și colab., 1990. Model for the structure of bacteriorhodopsin based on high-resolution electron crio-microscopy).

În această cercetare de pionierat, Henderson a arătat că microscopia crio-electronică ar putea produce imagini cu o rezoluție la fel de bună ca și difracția de raze X, o descoperire la acea vreme. Adevărat, acest rezultat a folosit în mod semnificativ faptul că bacteriorhodopsina este localizată în mod regulat în membrana celularași nu era clar dacă o astfel de rezoluție ar putea fi obținută pentru alte molecule „neregulate”.

Problema procesării semnalelor slabe de la molecule active biologic localizate aleatoriu a fost rezolvată de un alt laureat al Premiului Nobel 2017, Joachim Frank. Principala sa contribuție la microscopia crio-electronică este crearea unor algoritmi pentru analiza imaginilor bidimensionale obținute cu ajutorul microscopia crio-electronică, care permit construirea unui model tridimensional de înaltă calitate. Algoritmi similari au fost deja dezvoltați pentru alte tehnici de microscopie. Frank a optimizat și a rafinat foarte mult metodele analiză matematică, permițând separarea informațiilor utile obținute din microscopia electronică de semnalele datorate zgomotului. Zgomotul apare în dispozitivele electronice de precizie din diverse motive: fluctuațiile aleatorii ale curentului și tensiunii se pot datora emisiei neuniforme de electroni în blocurile de vid, proceselor neuniforme de formare și recombinare a purtătorilor de sarcină (electroni de conducere și găuri) în blocurile semiconductoare, mișcării termice a purtători de curent în conductori (zgomot termic) sau zgomot extern (în ciuda faptului că totul este de obicei bine izolat).

Sarcina este și mai complicată de acest lucru. Dacă obiectele, chiar dacă sunt aceleași sau aproximativ aceleași, așa cum ar trebui să fie cazul în astfel de studii, sunt dezordonate, atunci ele dau semnale care sunt ușor diferite ca structură, care se pot estompa unele pe altele. Mai mult, motivul pentru o astfel de neclaritate - indiferent dacă este vorba de zgomot sau erori de algoritm - nu este ușor de determinat. Principiul prelucrării datelor este prezentat schematic în Fig. 5: numeroase imagini plate ale moleculei studiate sunt curățate de zgomot și tastate în funcție de „unghiuri”, apoi se construiește un profil de calitate superioară din imagini cu unghiuri apropiate și, în final, se construiește un model tridimensional din aceste profile. .

În 1981, Frank a generalizat modele matematiceîn prima versiune a programului de calculator SPIDER (System for Processing Image Data from Electron microscopy and Related fields - System for processing data from electron microscopy and related fields, prima publicație: J. Frank et al., 1981. Spider - A modular software sistem de procesare a imaginilor electronice). Acest pachet de software încă există și este actualizat până în prezent; în plus, aceste programe sunt distribuite gratuit, ceea ce cu siguranță ușurează munca oamenilor de știință din întreaga lume. Frank a folosit propriii algoritmi pentru a obține o imagine a suprafeței ribozomului - un organel celular format din fire de ARN și proteine ​​asociate care servește la biosinteza proteinelor din aminoacizi pe baza informațiilor genetice.

Consolă "crio-" a apărut în microscopia electronică datorită celui de-al treilea laureat, Jacques Dubochet. A dezvoltat o metodă de răcire rapidă solutii apoase cu mostre (J. Dubochet, A.W. McDowall, 1981. Vitrification of pure water for electron microscopy). Mai mult, apa trebuie să înghețe atât de repede încât moleculele să nu aibă timp să se alinieze într-o rețea cristalină, înghețând la întâmplare (vezi gheață amorfă). Acest lucru se realizează prin imersarea rapidă a unei pelicule subțiri de soluție cu o probă într-un recipient cu etan lichid răcit la –160°C (Fig. 6). Calea cea bunaînghețarea poate fi numită cheia succesului întregii metode, deoarece cristalele de gheață ordonate pot provoca difracția electronilor, distorsionând informațiile despre moleculele studiate. Din cauza marelui greutate moleculară proteine ​​și acizi nucleici, aceste molecule sunt neîndemânatice, astfel încât, atunci când sunt înghețate, nu au timp nici să-și schimbe poziția, nici să-și schimbe forma. Adică, structura moleculelor biologic active nu se modifică în timpul înghețării rapide prin această metodă. Folosind-o, Dubochet a fost primul care a folosit crio-microscopia electronică pentru a studia structura virușilor (Fig. 7, vezi M. Adrian și colab., 1984. Crio-microscopie electronică a virusurilor).

În anii 1990 și 2000, microscopia crio-electronică s-a dezvoltat și s-a îmbunătățit treptat odată cu progresele în puterea de calcul și precizia instrumentelor. Dar adevărata înflorire a microscopiei crioelectronice începe în 2012. Este asociat cu apariția detectorilor de electroni direcți bazați pe CMOS (CMOS), care pot capta direct electronii care trec printr-o probă. Acest lucru a făcut posibilă simplificarea proiectării microscoapelor electronice prin îndepărtare sisteme complexe focalizarea și conversia semnalului și reducerea numărului de noduri care pot introduce zgomot aleatoriu. Ca rezultat, rezoluția metodei de microscopie crioelectronică a crescut la 2-3 angstromi (Fig. 8).

Un exemplu aplicație practică microscopia crioelectronică în această zonă poate fi considerată studiul virusului Zika (Fig. 10). În timpul izbucnirii epidemiei Zika din Brazilia în 2016, cercetătorii au avut la dispoziție câteva luni pentru a obține informații despre structura virusului folosind microscopia crio-electronică (D. Sirohi și colab., 2016. Structura crio-EM cu rezoluție de 3,8 Å a Zika). virus).

Un alt exemplu - în acest an, microscopia crioelectronică a făcut posibilă obținerea structurii capsidei celui mai mare reprezentant al familiei de virusuri herpetice - citomegalovirusul uman (X. Yu et al., 2017. Structura atomică a capsidei citomegalovirusului uman cu ei strat de tegument de asigurare de pp150). Rezultatele studiului au devenit baza pentru căutarea unor posibile regiuni ale capsidei virale care ar putea deveni ținte moleculare pentru medicamentele antivirale.

Arkady Kuramshin

Premiul Nobel pentru Chimie 2017 a fost acordat lui Jacques Dubochet, Joachim Frank și Richard Henderson pentru dezvoltarea criomicroscopiei electronice, care le-a permis să vizualizeze moleculele din organismele vii în detaliu și la rezoluție foarte mare.

Jacques Dubouche este elvețian, lucrează la Universitatea din Lausanne, Elveția, Joachim Frank este american de la Universitatea Columbia, New York, SUA, Richard Henderson este un om de știință britanic de la Cambridge (MRC Laboratory of Biologie moleculara, Cambridge, Marea Britanie).

Se subliniază că cercetarea laureaților, care a continuat în anii 70 - 90 ai secolului trecut, a oferit o descoperire revoluționară în biologie, deoarece a permis prima privire asupra a ceea ce înainte era complet invizibil - asupra moleculelor biologice individuale și chiar asupra atomii care le alcătuiesc.

În esență, oamenii de știință au modernizat microscopia electronică. Anterior, materia nevii a fost observată folosind un microscop electronic. Laureații l-au adaptat pentru observarea obiectelor faunei sălbatice. Ei au învățat să le înghețe într-o soluție apoasă, astfel încât biomoleculele să-și păstreze forma și proprietățile și, în același timp, să fie „fixate” într-o formă convenabilă pentru observarea lor.

Drept urmare, cu ajutorul unui microscop electronic a devenit posibilă obținerea de imagini tridimensionale ale obiectelor vii în cauză. Până în 2013, rezoluția metodei devenise fenomenală. Au apărut imagini cu tot felul de proteine ​​moleculare, precum cele care fac bacteriile rezistente la antibiotice. Era chiar posibil să „fotografiați” viruși - de exemplu, virusul Zika. Ceea ce promite următoarea victorie asupra lui.


Cercetătorii care au pătruns în microlume notează: o imagine detaliată a unui anumit obiect este calea cea mai scurtă spre înțelegerea esenței acestuia. Adică la cunoaștere. Este clar că Academia Regală Suedeză de Științe, care acordă premiile Nobel, împărtășește această opinie.

AJUTOR KP

Actualul Premiu Nobel pentru Chimie este al 109-lea. Printre laureații care au primit acest premiu - cel mai onorabil din lume premiu științific din 1901 - 4 femei.

Omul de știință britanic Frederick Sandger, inclus în lista „100 de genii ale timpului nostru”, a primit de două ori Premiul Nobel pentru Chimie - în 1958 și în 1980. Prima dată a fost pentru determinarea secvenței exacte a aminoacizilor din molecula de insulină. Al doilea - pentru dezvoltarea unei metode de descifrare a structurii primare a ADN-ului.

Anul trecut, premiul a fost acordat unor oameni de știință din Franța, SUA și Olanda. Francezul Jean-Pierre Sauvage, americanul Sir James Fraser Stoddart și olandezul Bernard L. Feringa au fost premiați „pentru dezvoltarea și sinteza mașinilor moleculare”. Lureații au pus de fapt baza materială pentru nanotehnologie.

Premiul Nobel pentru Chimie 2017 a fost acordat pentru dezvoltarea microscopiei crio-electronice de înaltă rezoluție pentru determinarea structurilor biomoleculelor din soluții. Laureații au fost de la Universitatea din Lausanne, Joachim Frank de la Universitatea Columbia și de la Universitatea din Cambridge.

Microscopia crio-electronică este o formă de microscopia electronică cu transmisie în care o probă este examinată la temperaturi criogenice.

Tehnica este populară în biologia structurală deoarece permite observarea exemplarelor care nu au fost colorate sau fixate în alt mod, arătându-le în mediul lor nativ.

Criomicroscopia electronică încetinește mișcarea atomilor care intră într-o moleculă, ceea ce permite obținerea unor imagini foarte clare ale structurii acesteia. Informațiile obținute despre structura moleculelor sunt extrem de importante, inclusiv pentru o înțelegere mai profundă a chimiei și dezvoltarea produselor farmaceutice.

Multe descoperiri în știință sunt asociate cu vizualizare cu succes obiecte invizibile pentru ochiul uman. Microscopia optică a permis să se dovedească existența microorganismelor, să se uite la spermatozoizi și ovule, să studieze parțial structura celulară și chiar să se vadă cromozomi. Microscopia electronică a făcut posibilă depășirea limitărilor fizice ale telescoapelor optice, unde în loc de flux luminos a fost folosit un fascicul de electroni.

Cu toate acestea, avea și defectele ei. În primul rând, un fascicul puternic de electroni a distrus materialul biologic. În al doilea rând, pentru ca electronii să accelereze, au nevoie de un vid - în consecință, medicamentul trebuia să fie în vid.

Prin urmare, a fost imposibil să studiezi mostre „vii” cu ajutorul acestuia.

Contribuția lui Joachim Frank a contribuit la răspândirea largă a metodei. În 1975-1986, el a dezvoltat o metodă de procesare a imaginilor, care a constat în analiza imaginilor bidimensionale obținute cu ajutorul unui microscop electronic și construirea structurilor tridimensionale ale obiectelor studiate pe baza acestora.

Jacques Dubochet a sugerat utilizarea apei răcite rapid pentru a păstra probele. Răcirea probelor ca o modalitate de a le conserva a fost luată în considerare de oamenii de știință de ceva timp. Cu toate acestea, atunci când apa îngheață și se formează rețea cristalină structura probelor a fost distrusă. Și sub formă lichidă s-a evaporat în camera cu vid a microscopului electronic, ducând din nou la distrugerea moleculelor studiate.

În cele din urmă, a fost găsită o modalitate de a ocoli faza de cristalizare și de a se asigura că apa se transformă într-o stare sticloasă. Metoda se numea vitrificare.

În timpul vitrificării, apa a reușit să protejeze moleculele de distrugere chiar și în vid.

Aceste descoperiri au dat un impuls puternic dezvoltării microscopiei electronice. În 2013, oamenii de știință au reușit să examineze chiar și atomi individuali ai materiei. O astfel de rezoluție ridicată face posibilă examinarea ribozomilor și mitocondriilor celulelor, canalelor ionice și complexelor enzimatice.

În 2015, revista Nature Methods a numit microscopia crioelectronică cu o singură particulă metoda revoluționară a anului.

Progresele tehnice recente în acest domeniu au permis oamenilor de știință să se îndepărteze de metoda cristalografiei cu raze X, al cărei dezavantaj principal este necesitatea de a cristaliza proteina, ceea ce poate fi dificil pentru proteinele cu structuri complexe. Reviste științifice anii recenti sunt pline de imagini detaliate ale suprafeței virusului Zika și ale proteinelor care provoacă rezistența la antibiotice. În special, a fost posibil să vedem cum bacteriile Staphylococcus aureus rezistă acțiunii antibioticelor și un instantaneu al structurii cu care coronavirusurile pătrund în celule.

În ciuda progresului rapid în acest domeniu, costul echipamentelor și metodelor standardizate au încetinit oarecum adoptarea pe scară largă a tehnologiei de microscopie crioelectronică.

Printre candidații la Premiul Nobel pentru Chimie s-a numărat un rus - un cercetător de frunte la Institutul de Fizică Chimică (ICP) care poartă numele. N. N. Semenova, împreună cu colegii din SUA, a adus o contribuție semnificativă în domeniul funcționalizării carbon-hidrogen - o industrie care dezvoltă noi metode de sinteză compusi organici. De asemenea, pe lista posibililor câștigători s-au numărat danezul Jens Norskov pentru progresele fundamentale în domeniul catalizei eterogene pe suprafețe solide și o echipă de chimiști Tsutomu Miyasaki, Nam-Kyu Park și Henry Snaith pentru descoperirea mineralului perovskit și dezvoltările bazate pe acesta. .

În 2016, premiul a revenit lui Jean-Pierre Sauvage, Stoddart și Bernard Feringa pentru inventarea mașinilor moleculare.