A világ nagyon kicsiben

Az idei díjazottak egy olyan tudományterületen értek el kiemelkedő eredményt, amelyen több évtizede szinte folyamatos forradalom van, és amelynek egy másik aspektusát a közelmúltban már értékelte a bizottság. 2008-ban a Nobel Bizottság Roger Tsiennek, Osamu Shimomurának és Martin Chalfie-nak ítélte a kémiai Nobel-díjat a GFP nevű fehérje felfedezéséért és annak továbbfejlesztéséért. A GFP – vagyis a zöld fluoreszcensfehérje – felfedezése valóságos forradalmat indított el az élettudományok területén, ennek a fehérjének a segítségével ugyanis láthatóvá lehet tenni a sejt – kis túlzással – minden komponensét. A titok nyitja, hogy a GFP, amelyet az Aequorea victoria nevű medúzában fedeztek fel, nagyon intenzív zöld színű fluoreszcens fényt képes kibocsátani. Tekintettel arra, hogy a GFP, ahogy a nevében is benne van, egy fehérje, nem toxikus a sejtre nézve, ami sok, a mikroszkópiában használt fluoreszcens festék esetében fontos kérdés.

A GFP által katalizált „fluoreszcencia-forradalom” során egyre jobban nőtt az igény a mikroszkópok felbontásának növelésére. Ennek útjában képletesen a 19. század végén alkotó Ernst Abbe állt, aki bebizonyította, hogy a mikroszkópok felbontása, vagyis az a legkisebb távolság, amíg két pontot meg tudunk különböztetni egymástól, a hullámhossztól, vagyis az alkalmazott fény színétől függ. A legjobb felbontás a kék színű fénnyel érhető el, ebben az esetben két pontot körülbelül kétszáz nanométeres távolságig tudunk megkülönböztetni, az ennél finomabb részletek már elmosódottak lesznek. Magát a számot tekintve ez önmagában nem rossz, mivel a nanométer a méter egymilliárdod része, ez a felbontási határ egy átlagos sejt századrészének felel meg, mégis nagyobb, mint egy vírus, és százszor nagyobb, mint a GFP átmérője, vagyis ezeket a részleteket hagyományos mikroszkópokkal már nem lehet látni.

Egyre inkább előtérbe került a kérdés, hogy vajon „be lehet-e csapni” Abbét, ki lehet-e kerülni ezt a nagyon szigorú szabályt. Stefan Hell a kilencvenes évek közepén két elméleti cikkben dolgozta ki azt az eljárást, amellyel ezt az elvet meg lehet kerülni. Hell 1962-ben Aradon született romániai sváb családban, az általános iskolát és a középiskola első évét még Romániában végezte, a család 1978-ban emigrált Németországba. A szakmában terjedő pletyka szerint a kilencvenes évek elején Hell számára beszűkültek a lehetőségek Németországban, ami miatt Finnország második legnagyobb városában működő kiváló egyetemre ment el dolgozni, ez hozta el a fordulatot az életében. Ugyanis Turkuban dolgozta ki a STED (stimulated emission depletion = stimulált emisszióval való kioltás) -mikroszkóp elvét és itt építette meg az első STED-mikroszkópot. Hell mikroszkópjában két lézer működik, az első hatására kezd el a sejtbe bejuttatott „festék” – GFP vagy más kromofór – világítani. A második lézer végigpásztáz a megvilágított mintán, és a fluoreszcencia túlnyomó részét gyakorlatilag lekapcsolja. A második lézernyaláb alakja leginkább egy fánkra hasonlít, a „fánk” vastag része kioltja a fluoreszcenciát, a fény így már csak a fánk középső, vagyis lyukas részéről érkezik, ezzel viszont túljárt Abbe eszén: a felbontás ugyanis jelentősen javítható. Az első STED-mikroszkóppal 2000-ben Hell először száz nm-es felbontást tudott elérni. A sikert követően a német fizikus szerződést kötött a Leica nevű mikroszkópgyártó céggel, így a STED-mikroszkópokat kizárólag a német cég hozza forgalomba, amelyeknek a felbontása mára már ötven nm körüli.