Die Königlich Schwedische Akademie der Wissenschaften hat entschieden, den Nobelpreis für Chemie 2017 Jacques Dubochet, Joachim Frank und Richard Henderson „für die Entwicklung der Kryo-Elektronenmikroskopie Der Nobelpreis 2017 für Chemie zur hochauflösenden Strukturbestimmung von Biomolekülen in Lösung“ zu verleihen. Der Nobelpreis® und die Bildmarke Nobelpreis®-Medaille eingetragene sind Nobel-Stiftung. der Markenzeichen

Coole Mikroskopie erfasst das Leben im atomaren Detail 2015: atomare Auflösung

Jacques Dubochet, Joachim Frank und Richard Henderson sind für ihre Entwicklung einer effektiven Methode zur Erzeugung dreidimensionaler Darstellungen von Biomolekülen mit dem Nobelpreis für Chemie 2017 ausgezeichnet worden. Mit Hilfe der Kryo-Elektronenmikroskopie können Forscher heute Biomoleküle in Bewegung einfrieren und sie in atomarer Auflösung porträtieren. Diese Technik leitete eine neue Ära für die Biochemie ein.

Bilder sind ein Schlüssel zum Verständnis. Lange glaubte man, die Elektronenmikroskope Deshalb gründen wissenschaftliche Durchbrüche würden sich nur für die Darstellung von toter oft auf der erfolgreichen Visualisierung von Materie eignen, weil der starke Elektronenstrahl Objekten, die für das menschliche Auge biologisches Material zerstört. Im Jahr 1990 Von Blobologie zu atomarer Auflösung unsichtbar sind. Die biochemischen Landkarten gelang es Richard Henderson jedoch, mit einem Jedes einzelne Element der Elektronen- wiesen allerdings seit langer Zeit erhebliche Elektronenmikroskop eine dreidimensionale mikroskopie konnte in den vergangenen 30 Lücken auf, weil die verfügbare Technik Struktur eines Proteins in atomarer Auflösung Jahren nach und nach optimiert werden. Die Schwierigkeiten hatte, detaillierte Darstellungen zu erzeugen. Dieser bahnbrechende Erfolg Auflösung hat sich Ångström für Ångström von Biomolekülen zu erzeugen. Das hat sich mit demonstrierte das Potenzial der Technologie, und verbessert. Richard Henderson hat diese der Kryo-Elektronenmikroskopie grundlegend Richard Henderson prognostizierte damals die Entwicklung maßgeblich vorangetrieben. geändert. Heute können Wissenschaftler Modelle Revolution, die die Kryo-Elektronenmikroskopie Die letzte technische Hürde konnte 2013 komplexer Zellmaschinen in atomarer Auflösung derzeit erlebt. Die angestrebte atomare Auflösung mit der Verwendung eines neuartigen generieren. Diese Möglichkeit ist sowohl für wurde 2013 erreicht. Heute können Forscher Elektronendetektors genommen werden. ein grundlegendes Verständnis der Chemie routinemäßig dreidimensionale Strukturen Heute liefert die Elektronenmikroskopie des Lebens als auch für die Entwicklung von von Biomolekülen produzieren. Die Biochemie routinemäßig dreidimensionale Bilder, die jedes Pharmazeutika von entscheidender Bedeutung. ist für eine aufregende Zukunft gerüstet! Atom der molekularen Maschinen des Lebens abbilden. Das ermöglicht es Wissenschaftlern, eine Vielzahl von Systemen darzustellen – von Proteinen, die eine Antibiotikaresistenz verleihen, bis hin zum Zika-Virus.

Jacques Dubochet Joachim Frank Richard Henderson Geboren 1942 in Geboren 1940 in Geboren 1945 2005: Blobologie Aigle, Schweiz. Siegen, Deutschland. in Edinburgh, Honorarprofessor Professor für Schottland. für Biophysik an Biochemie, Programmleiter am Kühlmethode schützt die Proben 1. Die zu unter- 2. Die Probe legt sich 3. Das Wasser in Aus vielen unscharfen Bildern entsteht 4. Beliebig 5. Der Computer 6. Mit Hilfe der der Universität molekulare MRC Laboratory Anfang der 1980er-Jahre entwickelte Jacques suchende Probe wird wie ein dünner Film der Probe erstarrt ein scharfes Ganzes ausgerichtete, unterscheidet aus Tausenden Lausanne, Schweiz. Biophysik und of Molecular Dubochet eine Probenvorbereitungsmethode, die auf ein Metallgitter über die Öffnungen in flüssiger Form Die unscharfen zweidimensionalen Bilder aus ungeordnete zwischen den Spuren niedrigauflösenden Biowissenschaften Biology, Cambridge, die Fundamente für die Entwicklung der Kryo- aufgetragen, dabei des Gitters. Sie und bildet ein dem Elektronenmikroskop werden analysiert Proteine werden vom und dem unscharfen Bildern gesammelten an der Columbia Großbritannien. Elektronenmikroskopie gelegt hat. Dabei werden wird überschüssiges wird in flüssiges Glas. Während und mit Hilfe einer Bildverarbeitungsmethode, Elektronenstrahl Hintergrund und Informationen University, New York, die Proben extrem schnell abgekühlt, sodass Material entfernt. Ethan geschossen, der Messungen im die von Joachim Frank zwischen 1975 und getroffen, der eine platziert ähnliche erzeugt der Computer NY, USA. das Wasser vitrifiziert, also in einen glasartigen das mit flüssigem Elektronen- 1986 entwickelt wurde, zu einer scharfen Spur, eine Projektion, Spuren in der ein hochauflösendes Zustand übergeht. Dadurch wird ein Austrocknen Stickstoff auf -196 °C mikroskop wird die dreidimensionalen Struktur verarbeitet. auf dem Detektor gleichen Gruppe. zweidimensionales der Probe im Vakuum des Elektronenmikroskops heruntergekühlt wird. Probe mit flüssigem hinterlässt. Bild. und ein Verbrennen durch den starken Stickstoff gekühlt. Elektronenstrahl verhindert. 7. Der Computer errechnet die Elektronenstrahl Beziehung der 1 2 Metallgitter 3 4 5 6 7 verschiedenen zweidimensionalen Bilder zueinander und erzeugt auf der Grundlage dieser Berechnungen eine hochauflösende dreidimensionale Erstarrte Probe Metallgitter Elektronen- mikroskop Struktur. Projektion Flüssiger Stickstoff Foto: Porträt von Jacques Dubochet: Felix Imhof, © UNIL; Porträt von Joachim Frank: Brian Winkowski, © Columbia University Medical Center; Porträt von Richard Henderson: Neil Grant, © MRC Lab of Molecular Biology.

LITERATURHINWEISE Weitere Informationen zum Nobelpreis für Chemie 2017: www.kva.se/nobelchemistry2017 und www.nobelprize.org ARTIKEL: Dubochet, J. (2016) A Reminiscence about Early Times of Vitreous Water in Electron Cryomicroscopy. Biophys J., 110, 756-757. Elmes, J. (2016) Interview with Richard Henderson. Times Redaktion: Peter Brzezinski, Gunnar von Heijne und Druck und Vertrieb Realisierung der Druck und Vertrieb ® Königlich Schwedische Akademie der • • Sara Snogerup Linse, Nobelkomitee für Chemie, Königlich mit freundlicher deutschen Version der deutschen Version Wissenschaften Higher Education, www.timeshighereducation.com/people/interview-richard-henderson-university-of-cambridge Gelfand, A. (2016) The Rise of Cryo–Electron Microscopy, Biomedical Computation Review, http://biomedicalcomputationreview.org/sites/default/files/riseofc-e_bcr-spring-2016-web.pdf Mossman, K. (2007) Profile of Joachim Frank, Proc. Natl • • Schwedische Akademie der Wissenschaften; Ann Fernholm, Unterstützung von durch gefördert vom Box 50005, SE-104 05 Stockholm, Schweden Acad. Sci. USA, 104, 19668-19670. Wilson, R. and Gristwood, A. (2015) Jacques Dubochet. www.embl.de/aboutus/alumni/news/news_2015/20150709_dubochet/ VIDEOS: Serious Science (20 June 2017) Electron Cryomicroscopy — Richard Henderson, www.youtube.com/watch?v=L6U--sYUF9s Serious Science (22 Aug. 2017) Single-Particle Wissenschaftsredakteurin; Carl-Victor Heinold, Redakteur, +46 8 673 95 00 [email protected], www.kva.se • • • und Anna Nyhlén, Nobel Assistant, Königlich Schwedische Bundesministerium für Poster sind online verfügbar unter Electron Microscopy - Richard Henderson, www.youtube.com/watch?v=j_sfs6uwWlc The Franklin Institute (5 July 2016) Joachim Frank — 2014 Laureate of the Franklin Institute in Life Science, www.youtube.com/watch?v=mtvht8Uyh2s Weitere Literaturhinweise sind im “Scientific Background” unter www.kva.se/nobelchemistry2017 zu finden. • • Akademie der Wissenschaften. Grafikdesign: IVY Agency AB. Bildung und Forschung www.mediatheque.lindau-nobel.org/ Illustrationen: Johan Jarnestad/ Infographics.se und Martin Högbom publications und www.kva.se/nobelposters