Nobel-díjas technológia érkezett Szegedre: regionális kutatási központtá válhat a város (fotókkal)

Négy új elektronmikroszkóp érkezett a Szegedi Tudományegyetem kutatóközpontjába, köztük két olyan berendezés, amely a legmodernebb krio-elektronmikroszkópiás technológiát használja. Az új műszerparknak köszönhetően a kutatók akár atomi felbontásban vizsgálhatják például vírusok, fehérjék, vagy különböző nanoméretű anyagok szerkezetét.

A krio-elektronmikroszkópia (cryo-EM) az elmúlt évtized egyik legnagyobb áttörése a szerkezeti biológiában, melynek fejlesztését 2017-ben kémiai Nobel-díjjal ismerték el. A platform lehetővé teszi, hogy a kutatók úgy tanulmányozzák a biológiai molekulákat, ahogyan azok az élő rendszerekben ténylegesen jelen vannak.

„A hagyományos fénymikroszkópokkal bizonyos méret alatt már nem lehet részleteket megfigyelni. Az elektronmikroszkópok viszont elektronokat használnak fény helyett, így sokkal kisebb struktúrák – akár molekuláris szerveződések – is láthatóvá válnak” – idézi Bélteky Péter laborvezetőt az SZTE oldala.

“LEFAGYASZTOTT PILLANAT” A MOLEKULÁK VILÁGÁBAN

A krio-elektronmikroszkópia különlegessége, hogy a mintákat rendkívül gyorsan, csaknem –196 °C-ra hűtik le. Ez a módszer megakadályozza, hogy a víz jégkristályokat képezzen, így a biomolekulák eredeti szerkezete változatlan marad.

„Olyan, mintha lefagyasztanánk egy pillanatot az életből. A molekulák abban az állapotban maradnak meg, ahogyan a természetben is működnek, így pontosabban megérthetjük a működésüket” – magyarázta a kutató.

Ez különösen fontos például vírusok vizsgálatánál. A módszerrel részletesen feltérképezhető egy vírus szerkezete, például az a fehérje, amellyel a sejtekhez kapcsolódik, ilyen kutatások segítették a tudósokat a járvány idején a COVID-19 vírusának megértésében is.

SEGÍTHET A GYÓGYSZERFEJLESZTÉSBEN ÉS A KUTATÁSBAN

Ha a kutatók pontosan látják egy biomolekula, például fehérje térbeli szerkezetét, könnyebben megérthetik azt is, hogyan kapcsolódnak hozzá más molekulák, például gyógyszerhatóanyagok.

„A gyógyszerek sokszor úgy működnek, hogy egy specifikus molekulához kapcsolódnak a szervezetben. Ha ismerjük ennek a molekulának a pontos szerkezetét, meg tudjuk vizsgálni, hogy egy potenciális gyógyszer képes-e kialakítani ezt a kölcsönhatást” – mondta Bélteky Péter.

A módszer a neurodegeneratív betegségek kutatásában is fontos lehet. Az olyan kórképek hátterében, mint az Alzheimer-kór vagy a Parkinson-kór, gyakran fehérjeaggregátumok – úgynevezett plakkok – kialakulása áll. A krio-elektronmikroszkópia segíthet megérteni, hogyan jönnek létre ezek a szerkezetek.

HATÉKONYABB ENERGIATÁROLÁSI MEGOLDÁSOKAT FEDEZHETNEK FEL

A kutatók szerint az új elektronmikroszkópok nemcsak az orvosbiológiai kutatásokban, hanem az anyagtudomány területén is fontos szerepet kaphatnak. A nanoméretű szerkezetek vizsgálata segíthet például új akkumulátorok, korszerű bevonatok vagy különleges tulajdonságú nanorészecskék fejlesztésében. Az ilyen anyagok szerkezetének pontos megismerése azért kulcsfontosságú, mert a tulajdonságaik – például a vezetőképességük, stabilitásuk vagy reakcióképességük – gyakran a nanoméretű struktúrájukból adódnak. Az elektronmikroszkópos vizsgálatok így hozzájárulhatnak ahhoz, hogy a kutatók hatékonyabb energiatárolási megoldásokat, új szenzorokat vagy akár fejlettebb ipari anyagokat tervezzenek.

NÉGY KÜLÖNBÖZŐ MIKROSZKÓP

A szegedi kutatóközpontban összesen négy elektronmikroszkóp áll majd a kutatók rendelkezésére.

A két új krio-elektronmikroszkóp – a Tundra és a Glacios 2 – elsősorban biológiai molekulák, például fehérjék vagy mikrobák és sejtek szerkezetének vizsgálatára szolgál. A kutatók először az egyik berendezéssel ellenőrzik a minták minőségét, majd a másikkal részletes adatokat gyűjtenek, amelyekből háromdimenziós molekulamodellek készíthetők.

A műszerpark része továbbá egy Talos F200i transzmissziós elektronmikroszkóp és egy Apreo 2S pásztázó elektronmikroszkóp is. Ezek elsősorban anyagtudományi kutatásokban használhatók: például nanorészecskék, új funkcionális anyagok vagy akkumulátorok szerkezetének vizsgálatára.

„Nanoméretű szerkezetek gyakorlatilag mindenhol jelen vannak körülöttünk: az elektronikai eszközökben, akkumulátorokban, bevonatokban vagy akár a naptejekben is. Ahhoz, hogy biztonságosan és hatékonyan használjuk ezeket az anyagokat, meg kell értenünk a szerkezetüket” – mondta a kutató.

REGIONÁLIS KUTATÁSI KÖZPONT LEHET SZEGED

A krio-elektronmikroszkópia eddig nem volt elérhető Magyarországon, ezért a hazai kutatók gyakran külföldi laborokban végezték el ezeket a vizsgálatokat. A tervek szerint a központ a jövőben nemcsak a szegedi kutatók számára lesz elérhető, hanem országos és nemzetközi együttműködésekben is szerepet kaphat.

A kutatók szerint az új műszerpark nemcsak a tudományos kutatásokban hozhat előrelépést, hanem hosszabb távon ipari együttműködések, például gyógyszerfejlesztési vagy anyagtudományi projektek, alapja is lehet – összegzi az egyetem.