Hverjir fengu Nóbelsverðlaunin í efnafræði 2014 og fyrir hvað voru verðlaunin veitt ? Nóbelsverðlaunin í efnafræði ( eðlisefnafræði ) árið 2014 féllu í skaut þriggja vísindamanna . Þeir eru Eric Betzig vísindamaður við Janelia-rannsóknastöð Howard Hughes-stofnunarinnar fyrir læknisfræði í Virginíufylki í Bandaríkjunum , Stefan W. Hell vísindamaður og forstöðumaður Max Planck-stofnunarinnar fyrir lífeðlis - og efnafræði í Göttingen , Þýskalandi og William E. Moerner prófessor í efna - og eðlisfræði við Stanfordháskóla í Kaliforníufylki í Bandaríkjunum . Þeir hlutu verðlaunin fyrir ljóssmásjártækni sem gefur miklu meiri upplausn umfram það sem áður var talið mögulegt og gerir vísindamönnum meðal annars kleift að kafa inn í frumur , fylgjast með prótínum og öðrum sameindum og hreyfingum fruma og innviða þeirra . Með notkun fyrstu ljóssmásjáa uppgötvaði Robert Hooke ( 1635 - 1703 ) að korkur og aðrir plöntuvefir eru samsettir úr litlum holrýmum með veggjum á milli sem hann nefndi “ cells ” ( cytos ) sem þýðir “ lítil rými “ . Í smásjártækni er talað um upplausn ( e. resolution ) en það er greiningarhæfni til að greina sundur nálægar línur eða punkta . Árið 1873 hélt þýski eðlisfræðingurinn Ernst Karl Abbe ( 1840 – 1905 ) því fram að upplausn ljóssmásjár geti ekki orðið meiri en 200 nanómetrar ( 1 nm = 10 - 7 sm ) vegna eðliseiginleika ljóss . Samkvæmt því getur hefðbundin ljóssmásjá gefið okkur möguleika á að sjá hluti sem eru stærri en 200 nm , ekki smærri . Þessi upplausn hefur þó opnað dyr að áður óþekktri veröld og gert okkur kleift að sjá miklu smærri hluti en hægt er að sjá með berum augum ; hægt er að sjá lifandi frumverur í vatni , æxlisfrumur í krabbameinsvef , litningagalla sem orsaka Downs-heilkenni og óteljandi margt annað . Flestar frumur manna , spendýra og blómplantna eru 100 míkrómetrar ( 1 µm = 10 - 4 sm ) að stærð . Við getum einnig greint sundur smærri hluti í frumunni eins og hvatbera og grænukorn en slík frumulíffæri eru yfirleitt stærri en 200 nm . Flestar bakteríur eru sjáanlegar undir ljóssmásjá en ekki veirur . Ljóssmásjártækni , eins góð og hún er , var orðin takmarkandi fyrir vísindastörf , menn vilja sjá enn smærri hluti . Með uppgötvunum þessara Nóbelsverðlaunahafa má segja að orðið hafi bylting en þeir eru verðlaunaðir fyrir þróun á smásjátækni ( ljós - , laser - og flúrsmásjártækni ) sem fer fram úr þeim mörkunum sem áður voru talin mesta mögulega upplausn . Þessi nýja tækni gefur möguleika á að sjá langt niður á upplaunsnarskala , til dæmis niður í 10 - 20 nm , og gefur möguleika á að rannsaka meðal annars flókið eðli sjúkdóma . Tæknin getur því orðið til mikilla hagsbóta fyrir mannkynið . STED-tæknin byggist á því að nota tvo leysigeisla til að afmarka svæði flúrljómunar sem myndast af flúrmerktum sameindum á mjög litlu svæði , minna en 200 nm að stærð , síðan skanna yfir frumulíffæri sem verið er að skoða og þannig næst heildar mynd með mikilli upplausn . Á þessari mynd sést greining hvatbera ( e. mitochondrion ) , en það er frumulíffæri sem gegnir mikilvægu hlutverki í frumuöndun heilkjörnunga . Tvenns konar ljóssmásjártækni hefur verið þróuð , annars vegar STED og hins vegar STORM . STED-smásjártæknin ( e. stimulated emission depletion ) var þróuð af Nóbelsverðlaunahafanum Stefan Hell . Árið 1994 birti hann grein sem útskýrði hugmynd og undirstöðuatriði STED-smásjártækninnar [ 1 ] og 1999 birti hann fyrstu líffræðilegu tilraunirnar sem framkvæmdar voru með notkun STED-tækninnar . [ 2 ] STED-tæknin ( mynd 2 ) virkar eins og staðsetningartæki , en tæknin er einungis möguleg með notkun sérhannaðrar smásjár , svokallaðrar STED-smásjár . STED-tæknin nýtist í fjölmörgum líffræðilegum og læknisfræðilegum rannsóknum , til dæmis í rannsóknum á sviði taugalíffræði . [ 3 ] Þess má geta að árið 2009 bauð höfundur þessa svars Hell að koma til Íslands og halda erindi um þessa byltingarkenndu smásjártækni á norrænni ráðstefnu um smásjártækni sem haldin var við Háskóla íslands , en ferðakostnaður var greiddur af Norræna smásjártæknifélagi SCANDEM , Evrópsku smásjársamtök EMS og stofnun hans Max Planck í Göttingen . Hin tegundin , sem einnig voru veitt Nóbelsverðlaun fyrir , er tækni til greiningar einstakra sameinda ( e. single-molecule microscopy ) . Um er að ræða aðferð við ljósgeislun sem getur breytt flúrljómun einstakra sameinda að vild . Árið 1989 tókst W. E. Moerner að mæla ljósgleypni einstakra sameinda í fyrsta sinn . [ 4 ] Árið 1997 fann hann , ásamt félögum sínum , meðal annars Roger Y. Tsien Nóbelsverðlaunahafa í efnafræði 2008 , stökkbrigði af flúrljómandi prótíni , GFP ( e. green fluorescent protein ) , sem gat gefið blikkandi flúrljómun á sekúndna millibili og einnig mátti kveikja og slökkva á fljúrljómunni að vild . [ 5 ] Þetta fyrirbæri er hér kallað flúrljómunarrofi ( e. molecular photonic switch ) . Þeir lögðu til að þessi gerð prótína sé nothæf sem merki fyrir greiningu einstakra sameinda í lifandi frumum og líffræðilegum ferlum . Undirstöðuatriði smásjártækninnar sem hönnuð er til að mynda einstakar sameinda ( e. single-molecule imaging ) . Þessi mynd sýnir hugmyndafræðina á bak við tæknina með því að nota útlínur fuglsins “ La Paloma de la Paz ” eftir Picasso sem viðfangsefni sem er verið að skoða undir smásjá . Eric Betzig var fyrstur manna til að nýta sér fljúrljómunarrofann við smásjártækni ( mynd 3 ) . Hann setti fram hugmyndir sínar árið 1995 [ 6 ] og árið 2006 tókst honum að greina í sundur einstakar sameindir í líffræðilegum tilgangi . [ 7 ] Hann kallaði aðferðina PALM ( photoactivated localization microscopy ) . Hugmyndafræði Betzig er einnig grunnur að þróun á öflugari smásjátækni og meðal annarra útgáfa er tæknin STORM ( e. stochastic optical reconstruction microscopy ) best þekkt og auðfæranleg fyrir rannsóknastofur víða um heim . Sú sem leiddi þróun STORM-tækninnar árið 2006 [ 8 ] , samhliða PALM-tækninni , er Xiaowei Zhang , prófessor í efnafræði , lífefnafræði og eðlisfræði við Harvardháskóla í Massachusettsfylki í Bandaríkjunum . Hún hefur útvíkkað tæknina frekar og í dag er svokölluð 3D - STORM , þrívíddartækni öflugust fyrir erfðafræðilegar og læknisfræðilegar rannsóknir . [ 9 ] [ 10 ]