Америкийн эрдэмтэд Эрик Бетциг, Уильям Морнер ба герман эрдэмтэн Стефан Хелл  нар флуоресценцийн микроскопын аргыг бүтээн нүдэнд үл харагдах зүйлийг харагдахаар болгож өгснийхөө төлөө  2014 оны химийн Нобелийн шагналыг авцгаалаа.

Эрик Бетциг 1960 онд АНУ-д төржээ. Тэрээр 1980 онд Корнеллийн их сургуульд докторын зэрэг хамгаалсан байв. Одоо Ховард Хьюзийн Анагаахын дээд сургуулийн судалгааны  хэсгийг толгойлдог.

Штефан Хелль Румынд 1962 онд төрөөд хожим Германы иргэн болжээ. Гейдельбергийн их сургуульд 1990 онд докторын зэрэг хамгаалжээ. Одоо Биофизикийн Макс Планкийн дээд сургуулийн захирал бөгөөд Германы хорт хавдрыг судлах төвийн тэргүүн юм.

Уильям Мёрнер 1953 онд АНУ-д төрсөн, 1982 онд Корнеллийн их сургуульд докторын зэрэг хамгаалжээ. Стэнфордын их сургуулийн хими ба дагалдах химийн профессор.

Шагналтнуудын нээлт нь гэрлийн микроскопын хувьд хувьсгал болон түүний шинэ төвшин наноскопи болж байна. Өнөөдөр түүнийг шинжлэх ухааны олон салбарт дэлхий даяар хэрэглэж байна гэж Шведийн шинжлэх ухааны хаантны академийн тодорхойлтод өгүүлжээ.

"Наноскопи бол амьд эсийн доторх тусгайлсан молекулын  хөдөлгөөнийг харагдах болгодог. Тэр нь тархин дахь мэдрэлийн эсүүдийн хоорондын нийлэх  цэг болох синапсыг үзэх боломжийг өгч байна. Эрдэмтэд Паркинсон, Альцгеймер, Хантигтоны өвчинд оролцдог уургийг хүртэл харах боломжтой болж байна” гэж Нобелийн хорооны мэдэгдэлд өгүүлжээ.

"Одоо бид янз бүрийн молекулуудыг ажиглах боломжтой болж байна. Энэ гайхалтай нээлт физик, хими, анагаахын салбарт нөлөөгөө үзүүлэх” юм хэмээн Нобелийн хорооны гишүүн Свен Лудин онцлов. Нобелийн хорооны дагалдах захидалд тэмдэглэснээр, шагналтнууд уламжлалт гэрлийн микроскопын боломжит хилийг  даваж чаджээ. Тэр хилийг 1873 онд эрдэмтэн Эрнст Аббе тогтоосон гэдэг  Тэрээр 0,2 микрометраас дээш шийдэл гарч чадахгүй гэсэн юм. Флуоресценцийн  молекулын тусламжтайгаар Нобелийн шагналтнууд маань тэр хязгаарыг давж чадлаа гэжээ.

Флуоресценци гэж юу вэ?

Гэрэл шингээхдээ молекулын бодис нь ерөнхий (унтмал) байдлаасаа сэрэлтэд ордог. Молекулын шингээсэн квантын гэрэл нь атомаас жижиг бөөмыг ердийн сайдлаас сэрэлтэд оруулдаг. Энэ үйлдэлд гэрлийг зөвхөн тэр бөөм  болох элетрон л шингээдэг..Флуоресценци гэдэг нь бодис шингээсэн гэрлээ эргэн гэрэлтүүлэхийг хэлнэ. Гэрлийг шингээгээд  буцаан цацруулсны дараа молекул нь үндсэн байдалдаа эргэн ордог. Флуоресценци нь люминесценцийн нэг төрөл бөгөөд фосфоресценцийг бодвол сэрэл нь дуусангуут  богино хугацаанд унтардаг.

Эрдэмтэдийн нээлт

Штефан Хелль, хэрэв микробиетийг  зохих ёсоор гэрэлтүүлж чадахгүй бол түүний өөрийн гэрэлтдэгийг нь харж болно гэсэн санааг 1994 онд дэвшүүлжээ. Хелль ингээд  лазерийн хоёр түлхээсээр ажиллах санал гаргасан байв. Нэг түлхээс нь флуоресцентийн молекулуудыг өөрсдөө гэрэл гаргах үйлдэлд шахаж, нөгөө нь илүүдэл гэрэлтэлтийг дардаг байна. Өөрийн аргаа тэр STED — stimulated emission depletion — микроскопи гэж нэрлэжээ.

Түүний санааг эрдэмтэд уухайлан хүлээн аваагүйгээс  онолч Хелль өөрөө түүнийг хэрэгжүүлжээ. Тэрээр 2000 онд STED-микроскоп бүтээснийг наноскопи гэж хэлж болохоор байв. Эрдэмтэн түүнийхээ ажиллагааг Е-коли нян дээр үзүүлэн дифракционы хязгаарлалт оптик мироскопт байхгүйг харуулж чадсан юм.

STED-микроскопын ажиллагааны зарчим. Зургийг:  nobelprize.org

Уильям Мернер. Фото: Linda A. Cicero, Stanford University / AP

Хелльтай зэрэгцээд, түүнээс болон бие биенээсээ  ч хамааралгүйгээр америк эрдэмтэд Эрик Бетциг, Уильям Мернер хоёр флуоресценцийг сонирхон мөн л тэр ерээд онуудад нэг тусгайлсан молекулийн микроскопи гэдэг аргаа бүтээжээ. Мернер нь тодорхой хэмжээний үелзэлтэй лазерийн туяагаар  молекулыг бөмбөгдөн тэдний гэрэлтэж, унтраах үйлдэлд оруулж сурчээ.

Харин Бетциг нь тэр  аргаар нь молекулууд хаана байгааг олдог болсон байна. Энэ арга нь лазераар  молекулуудыг олон удаа “түлхүүрдээд” авсан дүрсүүдийг давхарлан зэрэгцүүлээд зурагтай болно гэсэн үг ажээ.

Эрик Бетциг. Фото: Christof Stache / AFP

Science  сэтгүүлийн 2006 оны нэгэн дугаарт Бетциг лизосомын (эсийн органоид)  мембраны зургийг хэвлүүлсэн нь дифракционы хязгаараас хамаагүй илүү  шийдэлтэй зураг байжээ.

Үнэнийг хэлэхэд энд химийн шинжлэх ухаан ямар холбоотойг  ойлгоход бэрхтэй ч Нобелийн хорооны сайтад нийтлүүлсэн мэргэжил нэгтнүүдийнх нь  сэтгэгдэл маш өндөр байна.  Шагналтнуудыг  нэгэн сэдэв холбоод зогсоогүй тэднийг боломжгүй зүйлийг боломжийн болгох эрмэлзлэл нэгтгэжээ..

Штефан Хелль . Фото: Jonathan Nackstrand / AFP

АНАГААХ УХААНД ТОМООХОН НЭЭЛТҮҮД ХИЙГДЭНЭ ГЭВ

Флуоресценцийн микроскопи нь "сүүлийн үед томоохон амжилт олж байна. Түүний тусламжтайгаар “анагаах ухаанд томоохон нээлтүүд хийгдэнэ” гэж Штефан Хелль сурвалжлагч нарт хэлжээ.

Шагнал авснаа тэр “ энэ  бол миний хувьд, надтай ажиллаж байгаа хамтран зүтгэгчдийн хувьд  чухал шагнал”, “шагнал авснаа мэдээд алмайрч орхилоо. Би нэг л итгэж өгөхгүй байв. Үүний мэдэртэл хэсэг хугацааг зарлаа” хэмээн тайлбарлав.

Америкийн эрдэмтэн Эрик Бетциг өндөр  шагнал хүртлээ гээд ажлаа зогсоохгүй гэв. Тэрээр Мюнхенд илтгэл  тавихаар ирсэн байгаад энэ мэдээг сонсчээ. Илтгэл тавихаар ирсэн түүнийгээ ч хийнэ. Шагнал авлаа гээд ажлаа таслахгүй гэв. “Би их аз жаргалтай байна. Эхлээд гайхлаа, бараг хагас цаг компьютерээ хараад л суулаа” гэж тэр ярив. Пүрэв гаригт тэр нутаг буцах ба баасан гаригт нь охиных нь төрсөн өдөр болоход гэр бүлдээ энэ баяраа тэмдэглэнэ гэж тэр өгүүлжээ.

Микроскопын таван шагнал

Флуоресценцийн микроскопын төлөө Нобелийн шагнал олгож байгааг ямар нэг суурь нээлтийг биш шинэ технологийг хүлээн зөвшөөрсөн хэрэг хэмээн шинжээчид дүгнэж байна.

Нобелийн шагналын түүхэнд уг шагналаар ямар нэгэн бодис, зүйлийг судлах аргыг тэмдэглэж байсан нь нэг биш удаа. 1925 оны химийн Нобелиар  бичил хэсгийн броуны гэх хөдөлгөөнийг судлах ультрамикроскоп бүтээсэн гээд австри-унгарын эрдэмтэн Рихард Жигмондийг  шагнасан байлаа.

Фазын контраст микроскоп бүтээсэн немец Фриц Цернике 1953 оны шагналыг авав. Дараа нь талстграфийн цахим микроскоп бүтээсэн британи эрдэмтэн Аарон Клуг 1982 оны шагналтан болжээ.

Эцэст нь герман эрдэмтэд: Эрнест Рускийг  цахим микроскоп бүтээсэн гэж, Герд Биннинг, Генрих Рорер  хоёрыг туннелийн микроскопын сканийн аргынх нь төлөө 1986 оны шагналаар  шагнажээ.

Таавар хийдэг шинжээчид  энэ удаа бас л таагаагүй ч Уильям Мернерийн нэр  сүүлийн хэдэн жилийн жилийн таамагт дурьдаж ирснийг хэлэх нь зүйтэй байх.

Энэ пүрэв гаригийн орой Уран зохиолын Нобелийн эзэн зарлагдах юм.

Бэлтгэсэн Ш.МЯГМАР