Saksalainen fyysikko Ernst Abbe todisti 1800-luvun lopulla, että mikroskooppi ei näe 200 nanometriä pienempää. Uusien nobelistien ansiosta näkee. Kuva: Ruotsin kuninkaallinen tiedeakatemia
Saksalainen fyysikko Ernst Abbe todisti 1800-luvun lopulla, että mikroskooppi ei näe 200 nanometriä pienempää. Uusien nobelistien ansiosta näkee. Kuva: Ruotsin kuninkaallinen tiedeakatemia

Yksi palkituista sai oivalluksensa Turussa 20 vuotta sitten.

Tehokkaimmankin perinteisen mikroskoopin läpi katsottuna bakteeri näyttää lähinnä pelkältä täplältä. Näin oli niin kauan, kunnes kolme tutkijaa tahoillaan keksi, miten katseen voi ulottaa elävien solujen sisärakenteisiin ja molekyylien nanomaailmaan asti. Oivalluksestaan tämän vuoden kemian Nobelin palkinnon saivat Erik Betzi Howard Hughes Medical Insitutesta, Stefan Hell biofysikaalisen kemian Max Planck -intituutista ja William Moerner Stanfordin yliopistosta.

Valomikroskopian erotuskyvyn rajana on pidetty puolta valon aallopituudesta eli 200 nanometriä siitä lähtien, kun saksalainen fyysikko Ernest Abbe näin todisti vuonna 1873. Nobelilla palkitut tutkijat ohittivat tämän ehdottomana pidetyn rajan hyödyntämällä valoa hohtavia molekyylejä.

Stefan Hell työskenteli Turun yliopistossa, kun hän keksi stimuloidun emissio-depleetio- eli STED-mikroskopian perusteet vuonna 1993. Menetelmässä käytetään kahta lasersädettä. Toinen säteistä saa fluoresoivat molekyylit hohtamaan, ja toinen taas sammuttaa ympäröivät molekyylit. Näin koko näyte voidaan kuvata vähä vähältä niin, että vain nanometrien kokoinen alue hohtaa kerrallaan.

William Moerner ja Eric Betzig ohittivat puolestaan valon aallonpituuden asettamat rajat yhden molekyylin mikroskopialla. Menetelmä perustuu mahdollisuuteen sytyttää ja sammuttaa fluoresoivia proteiineja kuin lamppuja ikään. Näytettä kuvataan useita kertoja, ja joka kerta sytytetään eri proteiinit loistamaan. Yksittäisissä kuvissa hohtavat pisteet noudattavat valon aallonpituuden asettamaa rajaa ja ovat yli 200 nanometrin etäisyydellä toisistaan. Lopulta kuvat asetetaan päällekkäin ja saadaan huomattavasti resoluutiorajaa tarkempi kuva kohteesta, kuten vaikkapa ihmisen mitokondriosta.

Molempien fluoresenssimenetelmien etu on, että kohteet voidaan kuvata elävinä. Elektronimikroskoopillakin päästään valon aallonpituusrajan alle muttei elävillä kohteilla.