Tegenwoordig kunnen we haarscherpe opnames van eiwitten of virussen maken – in 3D! – zonder dat daarbij de biologische structuur wordt aangetast. Dat is de verdienste van de laureaten van de Nobelprijs Scheikunde van dit jaar.
De wetenschappelijke Nobelprijzen (geneeskunde, natuurkunde en chemie) worden almaar vaker verdeeld over trio’s van wetenschappers. Dat heeft wellicht te maken met het feit dat fundamenteel onderzoek tegenwoordig berust op samenwerking, waarbij verschillende specialisaties in hetzelfde vakgebied samenkomen.
Dat is ook het geval bij de jarenlange – vaak virtuele – samenwerking tussen de Amerikaanse scheikundigen Richard Henderson en Joachim Frank, en de Zwitserse chemicus Jacques Dubochet. De drie wetenschappers, elk gespecialiseerd in microscopie, stelden de zogenaamde cryo-elektronenmicroscopie op punt. Daarbij namen ze elk een ander facet van de techniek voor hun rekening. Voor die bijdrage ontvangen ze dit jaar dus de grootste wetenschappelijke onderscheiding.
De elektronenmicroscoop geldt al decennialang als het meest krachtige instrument om het minuscule zichtbaar te maken. Gedurende lange tijd werd de elektronenmicroscopie echter alleen gebruikt om dode materie in beeld te brengen, omdat de combinatie van een elektronenstraal en een vacuüm nefast is voor biologische weefsels en structuren. Tot Richard Henderson er in 1990 in slaagde een opname van een eiwit te maken met atomaire resolutie – jawel, met een elektronenmicroscoop, en nog wel in 3D.
Dat driedimensionale beeld was echter wazig, en het was dankzij het werk van Joachim Frank dat dit euvel kon worden verholpen. In de jaren 1980 ontwikkelde Frank een techniek om verschillende haarscherpe tweedimensionale beelden van biologische samples te laten samensmelten tot één 3D-opname.
En dan is er nog Jacques Dubochet, die op het lumineuze idee kwam om water aan het vacuüm van de elektronenmicroscoop toe te voegen – op het eerste gezicht een slecht idee, want het water verdampt normaliter meteen en helpt de biomoleculen zo om zeep. Maar Dubochet liet het water echter bliksemsnel afkoelen – vandaar de ‘cryo’ – waardoor het in een toestand ergens tussen vast en vloeibaar bleef ‘vastplakken’ aan de atomen en moleculen van het biologische sample.
Dankzij het werk van de drie heren kunnen wetenschappers nu haarscherp inzoomen op allerhande biologische samples, gaande van het oppervlak van het zikavirus tot de structuur van eiwitten die antibioticaresistentie veroorzaken in bacteriën.
