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#acessibilidade Jacques Dubochet (à esquerda) apertando a mão de Carlos dezesseis, rei da Suécia (à direita)
Texto escrito pela colaboradora Daniele Araújo
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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#accesibilidad: Jacques Dubochet (izquierda) estrechando la mano de Carlos dieciséis, rey de Suecia (derecha)
El artículo “Desde los microorganismos de Leeuwenhoek hasta las moléculas de Dubochet, Frank y Henderson” recibió la distinción en 2017.
Anton Van Leeuwenhoek (Delft, 1632-1723), un comerciante holandés, se dio a conocer cuando desarrolló una lente que permitia la visualización de “seres diminutos” (denominados así en la época) en agua de lluvia, cerveza y superfícies de vidrio. Robert Hooke (Londres, 1635-1703), contemporáneo de Anton, inventó un aparato com un conjunto de lentes capaces de ampliar más la visualización: el microscopio óptico. Desde entonces, los microscópios han ido evolucionando hasta que Ernst Ruska (Prêmio Nobel de Física, 1986) y Max Knoll en 1931 construyeron el microscópio electrónico que años más tarde permitió visualizar por primera vez um vírus (por Helmut Ruska, 1938).
A comienzos de los años 70, la determinación de la estrutura de biomoléculas se basaba en análisis por cristalografia, pero la resolución de las estructuras obtenidas era limitada y la obtención de los cristales no era aplicable a una gran variedad de moléculas. Com ese panorama, el trabajo de Henderson, Frank y Dubochet abrió nuevos caminos.
El equipo de Jacques Dubochet (Universidad de Lausanne, Suiza) em los años 80, desarrolló um método para impedir que las muestras de biomoléculas tuvieran que secarse al vacío durante los análisis de microscopia electrónica, manteniéndolas congeladas (con etano líquido) em su estado casi nativo y preservando su hidratación (em ese caso, las moléculas de agua permanecen organizadas casi aleatoriamente de forma similar a las propias características de ese líquido).
En el mismo período, Joachim Frank (Universidad de Columbia, Nueva York) y sus colaboradores, desarrollaron um programa para mejorar la nitidez de las imágenes difusas que se obtenían por microscopia electrónica, de tal forma que las imágenes bidimensionales eran convertidas en estructuras moleculares tridimensionales. Em 1990, la preparación de la muestra y la calidad de los datos fueron mejoradas usando temperaturas criogénicas (menores que -150 C) y se obtuvo la primera estructura tridimensional de uma proteína em resolución atómica.
El resultado de este trabajo conjunto fue un grupo de macromoléculas y/o partículas en orientaciones aleatorias, insertadas en una capa fina de hielo amorfo, en formas y estructuras parecidas a las nativas. Las imágenes se obtienen en un microscopio electrónico y son posterioremente procesadas usando diferentes alineamientos y superposiciones para obtener la resolución de la estructura final.
En octubre de 2017, la Real Academia de las Ciencias de Suecia concedió el premio Nobel de Química a los investigadores Jacques Dubochet, Joachim Frank y Richard Henderson por el desenvolvimiento de la técnica de microscopia electrónica com criogenia (Cryo-Electron Microscopy, Cryo-EM) y su aplicación en la determinación de la estructura de las proteínas.
Las aplicaciones y contribuciones de la técnica son innumerables, desde la obtención de las imágenes que muestran cambios conformacionales de proteínas, reconstrucciones de modelos de tejidos y de interacciones célula-célula, además de la determinación de las estructuras de nanomateriales. De hecho, el Nobel de Química en 2017 celebró la innovación y el trabajo pionero em una técnica cuya contribución a la ciencia es inestimable y lejos de finalizar.
Finalmente, y hablando de contribuciones inestimables, imaginen una conversación entre Leeuwenhoek, Hooke, Dubochet, Frank e Henderson, a pesar de que para ellos el concepto de complejidad sea relativo, con seguridad en ese encuentro entre el pasado y el futuro, la ciencia tendría solamente que agradecer.
Para saber mas:
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. Traducción: 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.
Fuentes:
Fuente de imagen resaltada: Copyright © Nobel Media AB 2017; Photo: Pi Frisk.[:]
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