Nobelprijs scheikunde voor foto’s van levende moleculen
Foto: AFP

De Nobelprijs scheikunde 2017 gaat naar drie Europeanen, voor ‘cryo-elektronenmicroscopie’. Daarmee kunnen ze de structuur van eiwitten en andere moleculen van het leven tot op het atoom vastleggen, zonder die moleculen te moeten ‘vastvriezen’. Zo kun je zelfs filmpjes maken van eiwitten in actie.

De prijs, goed voor een klein miljoen euro, wordt gelijk verdeeld over de Zwitser Jacques Dubochet, de (tot Amerikaan genaturaliseerde) Duitser Joachim Frank en de Schot Richard Henderson. Samen slaagden ze erin om de moleculen van het leven te betrappen in hun ‘actieve’ vorm, zoals ze zich in onze cellen gedragen. Tot dan moesten die eerst in vaste vorm gebracht worden, en vaak ook nog eens in vacuüm bestudeerd. Daarbij namen ze vaak een vorm aan die ons weinig leerde over hoe ze zich ‘in het echt’ gedroegen.

De elektronenmicroscoop leerde ons sedert de jaren dertig enorm veel bij over het uiterlijk van minuscule levende wezens en hun onderdelen. Maar het bleef bij wat de Nobeljury ‘blobologie’ noemde: verder dan een uiterlijke vorm raakte je er niet mee. Resolutie tot op het niveau van de duizenden individuele atomen waaruit een eiwit is samengesteld – en dus begrip van hoe het precies werkte – was ondenkbaar.

Hoge resolutie

In 1990 slaagde Henderson er toch in om beelden ‘van hoge resolutie’ te maken, door duizenden identieke eiwitten te bestoken met een heel zwakke elektronenbundel, die hen niet beschadigde, en die duizenden wazige beelden dan op te tellen. Maar dat lukte enkel bij een bacterie waarin die duizenden eiwitten netjes geordend zaten, zodat alle beelden onder dezelfde hoek genomen waren.

Frank bedacht de computertechnieken om moleculen te bekijken terwijl ze rondzwommen in water, zoals ze in levende wezens doen. Bestraal ze, maar fotografeer hun schaduwen. Moleculen met identieke schaduwen hebben eenzelfde stand, en die mag je samentellen tot je een helder beeld krijgt. Vervolgens puzzel je – of juister, je computer – al die 2D-beelden samen tot één 3D-beeld.

Eiwitten

Dubochet bedacht een snelvriesmethode waarmee celwater zo snel op min 196 graden werd gebracht dat het geen tijd kreeg om zich te herschikken tot ijskristallen, en het zijn vloeibare vorm behield. De eiwitten erin bleven dus ook hun ‘levende’ vorm houden.

Zo konden de onderzoekers onder andere het eiwitcomplex van onze biologische klok in beeld brengen. Voor het ontraadselen van de genen voor die klok werd vorige maandag nog de Nobelprijs geneeskunde toegekend.

Als je een reeks stilstaande beelden maakt van eiwitten die actief bewegen, zoals bijvoorbeeld in het motortje dat de zweepstaart van een bacterie aandrijft, kun je met wat geluk die beelden zelfs achter elkaar plakken tot een filmpje. Onnodig te zeggen dat het werk van de nieuwe Nobelwinnaars ons inzicht in de mechanismen van het leven gevoelig heeft verhoogd.