O Nobel da Química 2017 explicado em 5 minutos
Dubochet, Frank e Henderson receberam o Nobel pelo desenvolvimento da técnica de criomicroscopia electrónica. Explicamos-te de que se trata.
O prémio Nobel da Química foi este ano atribuído a Jacques Dubochet, Joachim Frank e Richard Henderson pelo desenvolvimento da técnica de criomicroscopia electrónica (crio-ME), que permite observar moléculas biológicas quase à escala atómica.
O que é a criomicroscopia electrónica e porque é necessária?
Como é de conhecimento geral, as técnicas de microscopia são utilizadas para observar estruturas com dimensões muito reduzidas, impossíveis de ver a olho nu, sendo a microscopia óptica a técnica mais conhecida do público. No entanto, para observar estruturas à escala nanométrica é necessário recorrer à microscopia electrónica, que utiliza feixes de electrões em vez de os raios de luz de um típico microscópio óptico. Devido ao comprimento de onda dos electrões, que é muito mais reduzido que o comprimento de onda da luz, é possível observar estruturas com dimensões próximas da escala atómica.
A microscopia electrónica de transmissão (TEM), na qual um feixe de electrões atravessa a amostra a ser estudada, é uma das técnicas mais utilizadas para observações à nanoescala. No entanto, esta técnica apresenta alguns problemas no que toca à observação de moléculas biológicas. Por um lado, a energia elevada do feixe de electrões acaba por "fritar" as moléculas e, por outro lado, o vácuo inerente à técnica leva a que as moléculas sequem e colapsem, acabando por inviabilizar a amostra a ser estudada.
A cristalografia de raios X é outra técnica utilizada para a observação de moléculas biológicas. Na verdade, esta técnica foi responsável por vários prémios Nobel ao longo do último século. Ainda assim, esta técnica está dependente da capacidade de as moléculas formarem estruturas organizadas o que não acontece para todas as moléculas. Para além disto, com esta técnica não é possível observar como é que as moléculas se movem.
A criomicroscopia electrónica (crio-ME) é uma forma de TEM que colmata as falhas descritas, permitindo obter imagens de sistemas biológicos a uma precisão nunca antes conseguida, como esta do vírus Zika.
Para tal, Richard Henderson e a sua equipa utilizaram uma solução de glucose para impedir que as moléculas secassem ao mesmo tempo que utilizaram um feixe de electrões, com uma energia mais baixa, para tirar várias imagens de vários ângulos e depois construir uma imagem 3D de uma proteína com resolução atómica.
Entretanto, Joachim Frank desenvolvia técnicas avançadas de processamento de imagens para analisar os dados retirados da TEM, de modo a construir imagens de moléculas biológicas em solução.
Para observar moléculas solúveis em água, algo que ainda não era possível com o método de Henderson, Jacques Dubochet arrefeceu as amostras a uma velocidade tal que as moléculas de água não tiveram tempo para formar os cristais de gelo que depois difractam o feixe de electrões da amostra. Isto resulta numa espécie de vidro onde as moléculas ficam congeladas no tempo numa variedade de estados, permitindo aos cientistas estudar a movimentação das moléculas.
O trabalho destes três cientistas, e todo o consequente aperfeiçoamento, já levou a avanços importantes na biologia estrutural, tornando a crio-ME numa ferramenta básica e essencial para conhecer a fundo o corpo humano e as suas doenças, assim como para o desenvolvimento de novos medicamentos.