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Prêmio Nobel 2017 – Microscopia Eletrônica com Criogenia (V.1, N.2, P.1, 2018)

Tempo de leitura: 8 minutos
#acessibilidade Jacques Dubochet (à esquerda) apertando a mão de Carlos dezesseis, rei da Suécia (à direita)

Artigo “Dos microorganismos de Leeuwenhoek às moléculas de Dubochet, Frank e Henderson” recebeu a honraria em 2017

Anton Van Leeuwenhoek (Delft, 1632-1723), comerciante holandês ficou conhecido ao desenvolver uma lente que permitia a visualização de “minúsculos seres” (assim denominados, na época) em água da chuva, cerveja e superfícies de vidro. Robert Hooke (Londres, 1635-1703), contemporâneo de Anton, inventou um aparato com um conjunto de lentes capazes de ampliar, ainda mais, a visualização: o microscópio óptico. Desde então, os microscópios foram evoluindo até que o microscópio eletrônico foi construído por Ernst Ruska (Prêmio Nobel de Física, 1986), em 1931 e Max Knoll, que, anos mais tarde permitiu a primeira visualização de um vírus (por Helmut Ruska, 1938).

No início da década de 1970, a determinação da estrutura de biomoléculas era baseada em análises por Cristalografia, obtendo-se as amostras na forma cristalina. Porém, a resolução das estruturas obtidas era limitada e, além disso, a obtenção de cristais não era aplicável a uma variedade de moléculas. Nesse panorama, os trabalhos de Henderson, Frank e Dubochet abriram novos caminhos.

A equipe de Jacques Dubochet (Universidade de Lausanne, Suiça), na década de 1980, desenvolveu um método para impedir que amostras de biomoléculas secassem sob o vácuo durante as análises por microscopia eletrônica, mantendo-as congeladas (com etano líquido) em seu estado quase nativo e preservando sua hidratação (nesse caso, as moléculas de água permanecem em um arranjo quase aleatório, semelhante aquele obtido no estado líquido).

No mesmo período, Joachim Frank (Universidade de Columbia, Nova Iorque) e seus colaboradores, desenvolveram um software para melhorar a nitidez das imagens difusas obtidas por microscopia eletrônica, de forma a converter imagens bidimensionais em estruturas moleculares tridimensionais. Já em 1990, o preparo da amostra e a qualidade dos dados foram aperfeiçoados utilizando temperaturas criogênicas (abaixo de -150°C) e obtendo-se a primeira estrutura tridimensional uma proteína em resolução atômica.

O resultado desse trabalho conjunto foi um grupo de macromoléculas e/ou partículas em orientações aleatórias, inseridas em uma fina camada de gelo amorfo, nas formas e estruturas próximas às nativas. As imagens são obtidas em um microscópio eletrônico, em condições com baixo vácuo e as temperaturas mantidas com nitrogênio líquido sendo, posteriormente, processadas por diferentes alinhamentos e sobreposições para obter a resolução da estrutura final.

Em outubro de 2017, a Academia Real de Ciências da Suécia concedeu o Prêmio Nobel de Química aos pesquisadores Jacques Dubochet, Joachim Frank e Richard Henderson pelo desenvolvimento da técnica de microscopia eletrônica com criogenia (Cryo-Electron Microscopy, Cryo-EM) e sua aplicação determinação da estrutura de proteínas.

As aplicações e contribuições da técnica são inúmeras, desde a obtenção de imagens que mostram mudanças conformacionais de proteínas, reconstruções de modelos teciduais e de interações célula-célula, além da determinação de estruturas de nanomateriais. De fato, o Nobel de Química de 2017 celebrou o pioneirismo dos pesquisadores e a inovação em uma técnica cuja contribuição à Ciência é inestimável e está longe de terminar.

Por fim, falando em contribuições inestimáveis, imaginem agora uma conversa entre Leeuwenhoek, Hooke, Dubochet, Frank e Henderson… embora o conceito de complexidade seja relativo para eles, certamente, nesse encontro entre o passado e o futuro, a Ciência só teria a agradecer.

Fontes:

Fonte da imagem destacada: Copyright © Nobel Media AB 2017; Photo: Pi Frisk.

Para saber mais:

Callaway E. Molecular-imaging pioneers scoop Nobel. Nature. 2017. 550:167.

Cheng Y, Glaeser RM, Nogales E. How Cryo-EM Became so Hot. Cell. 2017.171:1229-1231.

Dubochet J, Knapek E. Ups and downs in early electron cryo-microscopy. PLoS Biol. 2018.16:e2005550.

Friedman M, Friedland GW. As dez maiores descobertas da medicina. Tradução: José Rubens Siqueira. São Paulo: Cia das Letras. 2006. 368 p.

Nogales E. Profile of Joachim Frank, Richard Henderson, and Jacques Dubochet, 2017 Nobel Laureates in Chemistry. Proc Natl Acad Sci USA. 2018. 115:441-444.

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