Cientistas ganham Nobel de Química por microscópio de alta resolução

07/11/2014 07:39

Os cientistas americanos Eric Betzig e William E. Moerner, e o romeno naturalizado alemão Stefan W. Hell foram os vencedores do prêmio Nobel de Química de 2014. A Academia Real de Ciências da Suécia premiou os pesquisadores pela invenção do microscópio de fluorescência de alta resolução, que “trouxe a microscopia óptica para a nanodimensão”, segundo o anúncio feito na manhã desta quarta-feira.  

A partir desta descoberta, os microscópios deixaram de ser limitados por uma resolução que não permitia estudar o mundo com mais detalhes. Com isso, tornou-se possível observar os caminhos de moléculas individuais dentro de células vivas, ver a forma como as sinapses surgem entre os neurônios e rastrear proteínas envolvidas em doenças como Parkinson, por exemplo.  “A nanoscopia não nos diz apenas onde os processos acontecem, mas quando e como”, disseram os membros da Academia em sua apresentação.

Com o uso de moléculas fluorescentes, os vencedores do Nobel de Química deste ano conseguiram contornar a principal limitação encontrada pelos microscópios ópticos: sua resolução máxima. Antes da contribuição destes três cientistas, não era possível observar nada menor do que metade do comprimento de onda da luz, ou seja, 0,2 micrômetro (ou 0,0000002 metro), limite estabelecido em 1873 pelo microscopista Ernst Abbe. Essa resolução era suficiente para observar células e até mesmo o contorno de algumas organelas celulares (estruturas dentro das células), como as mitocôndrias, mas era impossível estudar objetos menores, ou acompanhar a interação de moléculas no interior de uma célula. "Era como ver os prédios de uma cidade sem conseguir identificar como as pessoas vivem dentro deles", explicou o comunidado da Academia. 

Premiados

ERIC BETZIG
O cientista americano nasceu em 1960, em Ann Arbor, no estado de Michigan. Obteve o Ph.D em 1988, na Universidade Cornell, em Nova York. Atualmente, é líder de um grupo de pesquisa do Instituto Médico Howard Hughes que desenvolve novas tecnologias de imagem óptica voltadas para a biologia.

STEFAN W. HELL
Nasceu na Romênia, em 1962, e é cidadão alemão. Concluiu o doutorado em 1990, na Universidade de Heidelberg, na Alemanha. Hoje é diretor do Instituto Max Planck de Química Biofísica (Max Planck Institute for Biophysical Chemistry), em Göttingen, e chefe de divisão do Centro Alemão de Pesquisa de Câncer (German Cancer Research Center), em Heidelberg, ambos na Alemanha.

WILLIAM E. MOERNER
Americano nascido em Pleasanton, na Califórnia, em 1953. Obteve o Ph.D em 1982, na Universidade Cornell, em Nova York. Atua como professor de química e de física aplicada na Universidade Stanford, na Califórnia.

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Etapas da pesquisa —  A premiação foi dada em virtude de dois princípios , descobertos de forma independente por esses pesquisadores. Stefan Hell publicou em 1994 um artigo sobre um novo método de observação microscópica desenvolvido por ele, denominado depleção via emissão estimulada (stimulated emission depletion, STED). Neste método, um feixe de luz é usado para “acender” todas as moléculas fluorescentes, e então outra luz começa a “apagar” todas as moléculas, menos aquelas em escala de nanômetro (nm). Arrastando estes feixes de luz por toda a amostra, foi possível obter uma imagem de melhor resolução do material estudado. No ano 2000, Hell demonstrou o funcionamento de seu novo microscópio fazendo uma imagem da bactéria E.coli em resolução nunca antes vista em um microscópio óptico. Assim, ao menos na teoria, não havia mais uma resolução limitante para esses microscópios.

Enquanto essa técnica coleta a luz de diversos pequenos volumes para criar uma imagem completa, o segundo princípio agraciado com o Prêmio trabalha com a sobreposição de diversas imagens. Eric Betzig e W. E. Moerner contribuíram, de forma independente um do outro, para a criação da microscopia de molécula única. Moerner publicou em 1997 um estudo em que demonstrou ser possível ativar e desativar a fluorescência de moléculas individuais – como se fossem pequenas lâmpadas com interruptores.

Betzig, por sua vez, começou a questionar se um microscópio poderia alcançar uma melhor resolução uma vez que as moléculas brilhassem em cores diferentes, como vermelho, amarelo e verde. A ideia era registrar uma imagem do material estudado para cada cor, e depois juntá-las, formando a imagem final. Se todas as moléculas de uma cor estivessem distantes o bastante para superar o limite de 0,2 micrômetro, sua posição seria determinada com precisão. Sobrepondo todas as cores, a imagem final teria uma resolução maior do que a que era considerada possível até então. Betzig publicou em 1995 um estudo teórico sobre o assunto, e se afastou da Academia em seguida para trabalhar na empresa do pai.

O maior avanço veio em 2005, quando Betzig, de volta à pesquisa científica, tomou conhecimento de proteínas fluorescentes que poderiam ser ativadas e desativadas, similares às descritas por Moerner. Com isso, ele conseguiu desenvolver a ideia que havia tido dez anos antes: as moléculas não precisavam ter brilhos de cores diferentes, elas podiam apenas brilhar em momentos distintos. Em 2006, ele publicou um estudo em que conseguiu captar uma imagem da membrana de um lisossomo com resolução muito melhor do que o limite imposto até então.

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Nobel — No ano passado, o Nobel de Química foi dado aos cientistas Martin Karplus, Michael Levitt e Arieh Warshel, autores de pesquisas realizadas nos anos 1970, que lançaram as bases dos poderosos programas usados hoje em dia para entender e prever as reações químicas. Em2012, os pesquisadores americanos Robert Lefkowitz e Brian Kobilka receberam o Prêmio por seus estudos com receptores celulares. Eles foram responsáveis por descobrir e descrever o funcionamento dos receptores acoplados à proteína G, que são responsáveis por fazer as células captarem a ação de fatores externos, como luz, sabor e olfato, e de hormônios, como adrenalina e dopamina, e comandar as respostas necessárias.

Nesta segunda, o Instituto Karolinska anunciou os vencedores da categoria de Medicina, os neurocientistas John O’Keefe, americano, May-Britt Moser e Edvard Moser, ambos noruegueses, por suas descobertas sobre células que constituem um sistema de “GPS” do cérebro. Na terça-feira, foi a vez do Prêmio de Física, concedido aos cientistas japoneses Isamu Akasaki, Hiroshi Amano e o japonês naturalizado americano Shuji Nakamura, pela pela invenção do LED azul, componente que faltava para que a luz desse tipo pudesse ser usada na iluminação comum.

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