Nobelprijs Chemie: Kijken in de nanowereld

Lange tijd was het onmogelijk om individuele moleculen onder een microscoop te zien. De Amerikanen Eric Betzig en William Moerner en de Duitser Stefan Hell maakten het mogelijk, en werden er deze week voor bekroond met een Nobelprijs voor Scheikunde. Hun onderzoek aan hoogresolutie fluorescentiemicroscopie maakte de nanowereld zichtbaar.

Op het einde van de negentiende eeuw definieerde Ernst Abbe de limiet van optische microscopie tot ongeveer de helft van de golflengte van het licht. Dat betekent dat je nog net de grotere onderdelen – of ‘organellen’ - van een individuele cel scherp kunt zien.

Om dingen kleiner dan 0,2 micrometer, zoals virussen, eiwitten en kleine moleculen, te zien waren wetenschappers lange tijd aangewezen op andere methoden, zoals elektronenmicroscopie. Die methoden vragen echter vaak ingrepen waardoor de bestudeerde cel uiteindelijk sterft. Levende materie tot op de nanometer bestuderen, bleef sowieso onmogelijk. Nobelprijslaureaten Betzig, Moerner en Hell doorbraken de Abbe-barrière niet, maar wisten ze wel te omzeilen dankzij de toepassing van fluorescerende moleculen.

Stefan Hell ontwikkelde in het jaar 2000 stimulated emission depletion (STED) microscopy. Twee laserstralen worden gebruikt, de ene doet fluorescerende moleculen in cellen oplichten, de ander neutraliseert alle fluorescentie behalve die in structuren op nanoniveau. Vervolgens wordt een beeld nanometer per nanometer samengesteld.

Eric Betzig en William Moerner legden onafhankelijk van elkaar de basis voor een tweede methode, single-molecule microscopy. Zij gebruiken de eigenschap om fluorescentie in individuele moleculen aan- en uit te schakelen. Ze maken opeenvolgende foto’s van eenzelfde gebied, waarbij ze slechts enkele moleculen laten oplichten. Door alle foto’s vervolgens op elkaar te leggen, kunnen ze het pad van de opgelichte moleculen volgen.
 

Stefan Hell over de STED-microscoop.
 

Vandaag wordt nanoscopie wereldwijd gebruikt in de studie van moleculaire processen in levende cellen. Dankzij de methode kunnen bijvoorbeeld individuele eiwitten die betrokken zijn bij Parkinson of Alzheimer of zich bevinden in bevruchte eicellen bestudeerd worden. (kv)

Eric Betzig (1960) is verbonden aan het Howard Hughes Medical Institute (VS), William Moerner (1953) aan de Stanford University. De in Roemenië geboren Duitser Stefan Hell (1962) leidt momenteel het Max-Planck-Institut für Biophysikalische Chemie in Göttingen.

Herbekijk de bekendmaking: