超低温顕微鏡法がノーベル賞を受賞した

水曜日にジャック・デュボシェ、ヨアヒム・フランク、リチャード・ヘンダーソンの3人の生化学者に2017年のノーベル化学賞をもたらしたクライオ電子顕微鏡法の発明以前は、科学者は電子顕微鏡で細胞を観察する前に、細胞を染色または固定しなければならなかった。その過程では、壊れやすい生物学的構造が崩壊することが多く、崩壊しなかったとしても、電子顕微鏡からの放射線や科学者が細胞を入れた真空によって、かつては生きていた標本がドロドロになってしまうことが多かった。クライオ電子療法により、科学者は細胞を、まるで私たちの体内にあるのと同じように、自然の液体環境にあるかのように観察することができる。

「これらのタンパク質がどのように機能し、働くかを本当に理解するには、液体環境での状態を観察することが重要です」と、アメリカ化学会会長アリソン・キャンベル氏は言う。

1975 年、ニューヨーク州保健局のヨアヒム・フランクは、当時は電子顕微鏡で得られる情報が限られていたため、それを高解像度の 3D 画像に組み合わせるプロセスを理論化しました。彼は 10 年以上を費やしてこのソフトウェアのアルゴリズムを作成し、クライオ電子顕微鏡法を可能にしました。

そして 1984 年、ジャック・デュボシェ率いるチームが、電子顕微鏡を使用して、風邪の原因となることが多いウイルスを画像化した論文を発表しました。ウイルスは、急速に冷却されたため、氷というよりガラスのようになった薄い水の層に保存されていました。「ウイルス粒子は、従来の電子顕微鏡検査用に生物学的サンプルを準備する際に遭遇する、脱水、凍結、または支持体への吸着によって引き起こされる種類の損傷を受けていないようです」と、科学チームは論文で述べています。「ガラス化された標本のクライオ電子顕微鏡検査は、他のどの電子顕微鏡法にも劣らない高解像度の観察を可能にします。」1990 年、リチャード・ヘンダーソンは、個々の原子をすべて表示できるほどの解像度で細菌タンパク質の最初の画像を発表しました。

それ以来、科学者たちはクライオ電子顕微鏡を使って 100 種類以上の分子を調べてきました。唐辛子を口に含むとヒリヒリするタンパク質、ジカウイルス細胞、アルツハイマー病に関連するプラーク、抗生物質耐性を引き起こすタンパク質など、ほんの数例を挙げるだけでもその数には及びません。これらのタンパク質のより正確で高解像度の画像を取得できれば、科学者はタンパク質が引き起こす病気と闘うための新薬やその他の治療法を開発できるようになります。「私がまだ研究に取り組んでいた頃にこの技術があればよかったのにと思います」とキャンベル氏は言います。「その可能性はまだ実現されていません。」