Kurt Wüthrich sagte: „Sie sind nicht 120 Jahre alt“, denn mein Vortrag wurde als „120 Jahre Visualisierung von Molekülen" betitelt.
So wird es also klar: es geht nicht um meine Arbeit.
Aber nach 2 der letzten 3 Diskussionen würde ich sagen, es lautet korrekt „100 Jahre Visualisierung der molekularen Struktur“,
weil diese 2 etwas andere Themen angehen.
Zunächst geht es um die Frage, wie wir auf die Idee gekommen sind, dass es Moleküle gibt.
Das ist eine erstaunliche intellektuelle Reise der Menschen ins 18. und 19. Jahrhundert.
Und für diejenige von euch, die es interessiert,
wie wir vom Nichtwissen über die Organisation der herkömmlichen Materie zu Erkenntnis der Molekülstruktur kamen,
empfehle ich dieses Buch.
Es geht darum, dass noch bevor wir die Moleküle sehen konnten, wir wirklich viel darüber wussten, wie sie aussehen
und wie ihre Strukturen aussehen.
Wie sehen wir Moleküle?
Wie können wir Moleküle visualisieren?
Sie hörten 2 wirklich erstaunlich brillante Vorträge darüber an, wie man fluoreszierende Moleküle jenseits des Abbe-Limits
und sogar in lebenden Zellen auflöst, und das ändert die Biologie ganz grundlegend.
Aber jetzt kommen wir zum Realitätscheck, der während der letzten Diskussion angesprochen wurde.
Diese Verfahren können uns zeigen, wo Moleküle sind, aber nicht, wie ihre Struktur ist.
Da die Mehrheit von Atomen nicht fluoreszierend ist, streuen sie einfach das Licht,
und dadurch gilt das Abbe-Limit leider noch immer für die überwiegende Mehrheit von Atomen in den Proben.
Tatsächlich ist es ironisch, dass wenn Sie die Struktur eines Fluoreszenzmoleküls oder eines GFP wissen möchten,
dann können Sie diese superauflösende Mikroskopie nicht benutzen.
Sie müssen etwas anderes nutzen.
Und etwas anderes schließt im Zeitrahmen der letzten 100 Jahre auch Röntgenstrahlen ein.
Die Röntgenstrahlen sind die Wellen, für deren Entdeckung Max von Laue den Nobelpreis gewann, ich glaube 1914.
Er zeigte, dass bei der Bestrahlung eines Kristalls mit den Röntgenstrahlen diese Flecken erscheinen.
Eigentlich missdeutete er diese Flecken und erstellte eine fehlerhafte Analyse dieser Flecken.
Das wurde von einem graduierten Studenten Lawrence Bragg gemacht, der für seine Doktorarbeit
zum jüngsten Nobelpreisträger wurde und es immer noch ist.
Und weil es seine eigene Arbeit war,
erhielt sein Studiengangsleiter keinen Nobelpreis, weil die Arbeit ohne seine Hilfe veröffentlicht wurde.
Und so etwas gehört noch immer zur Cambridge Tradition, leider nicht immer gebührend umgesetzt, aber noch immer existent.
Wie sind die Details dazu?
Bragg stellte fest, dass wenn man Kristalle nimmt, die reguläre dreidimensionale Anordnungen von Molekülen darstellen,
und diese mit einem Röntgenstrahlenbündel bestrahlt, man dann eine Interferenz erhält, weil die Moleküle eine besondere Anordnung haben.
Und die Interferenz verstärkt die Röntgenstrahlen nur in bestimmten Richtungen
und verursacht Flecken, die jetzt als Bragg-Reflexionen bekannt sind.
Wenn sie diese Flecken sammeln, dann sieht es so aus.
Der Punkt ist, dass diese Streustrahlen da sind, unabhängig davon, ob eine Linse dort vorhanden ist oder nicht.
Auch die Lichtstrahlen - man kann eine Linse haben, die diese Streustrahlen rekombiniert, um ein Abbild zu schaffen.
Mit Röntgenstrahlen haben Sie keine geeignete Linse und deswegen müssen Sie diese auf eine andere Weise neu rekombinieren.
Sie müssen sie messen und mathematisch rekombinieren,
wie bei einer Fourier-Transformation, und Sie erhalten dann ein Abbild des Objekts.
Da die Röntgenstrahlen Wellenlängen von etwa 1,5 Angström oder kürzer aufweisen, können sie Objekte auflösen,
die weniger als 1 Angström voneinander entfernt sind.
Und damit können Sie effektiv die Atome in einem Molekül auflösen.
Die ersten solchen Strukturen wurden durch eine Raterei bestimmt, weil es nur ein paar Flecken gab,
so dass man anhand der Struktur der Molekül Vermutungen anstellte, und man dann prüfte, ob sie mit dem Fleckenmuster übereinstimmte.
Das bot die erste Überraschung.
Die erste Molekülstruktur, die Bragg entdeckte, war Natriumchlorid, und hatte nur 2 Atome, Natrium und Chlor,
und er fand heraus, dass es kein Natriumchlorid-Molekül gab.
Dies rief einen großen Streit mit den Chemikern hervor, die sagten, er sei ein Physiker
und er verstehe nichts von der Chemie und er rede Unsinn.
Natürlich, ist es eine der vielen Arten, mit denen die Kristallographie tatsächlich Chemie beeinflusste.
Nunmehr, da es immer komplizierter wurde,
mussten die Menschen die Mathematik verwenden, um diese Flecken mit Fourier-Methoden zu rekombinieren,
um so ein Abbild des Moleküls zu rekonstruieren und es zu interpretieren.
Damals gab es keine Computergrafik.
Und sie mussten die Fourier-Dichte nehmen, sie auf diesen Kunststoffplatten umreißen und die aufstapeln.
Dadurch konnten sie ihr dreidimensionales Bild des Moleküls sehen,
Aber Sie können hier sehen, dass diese runden Punkte die Atome darstellen,
Sie können tatsächlich vereinzelte Atome sehen und damit können Sie sehen, wie die Atomstruktur des Moleküls aussieht.
Dieses spezielle Molekül war Penicillin, das durch Dorothy Hodgkin bestimmt wurde, die hier auf der Briefmarke abgebildet ist.
Sie ist die einzige Wissenschaftlerin, so glaube ich, die in Großbritannien auf 2 Briefmarken zu 2 verschiedenen Zeiten dargestellt wurde.
Dies zeigt die Struktur von Penicillin, die wiederum aufgrund dieses eher quadratischen Beta-Lactam-Rings etwas umstritten war,
weil einige Chemiker nicht einmal an deren Existenz glaubten, da sie Ringspannungen haben würden.
Wiederum es ist ein Beispiel dafür, wie Molekülstruktur die Chemie verbessert.
Diese Verfahren waren für Moleküle hilfreich, die aus wenigen bis 100 Atomen, oder sogar einigen 100 Atomen bestanden.
Aber wenn man Proteine nimmt, wird sich herausstellen, dass die aus Tausenden Atomen bestehen,
und somit eine andere Art der Berechnung des Abbildes nötig ist.
Das wurde von 2 Personen gemacht, die das Labor gründeten, in dem ich arbeite:
Max Perutz, der ein Protegé von Bragg war, und John Kendrew, der ursprünglich ein Doktorand von Bragg war.
Dies sind die Moleküle, die sie betrachteten.
Es handelt sich um Hämoglobin und Myoglobin,
2 Sauerstofftransportproteine in unserem Blut.
Hier in der Mitte ist Gisela, die Frau von Max, und sie heftet eine Nelke auf sein Jackett während der Nobel-Zeremonie.
Wenn Sie eine typische Proteinstruktur haben,
gibt es nicht genug Details, um einzelne Atome als kleine Kugeln zu sehen, wie es beim Penicillin der Fall war.
Also ist die Frage, wie Sie vom Abbild des Moleküls
zu seiner eine Atomstruktur kommen können.
Es sieht ein bisschen so aus, als wäre das ein Puzzlespiel.
Ungefähr so sieht ein 3-dimensionales Bild des Moleküls aus.
Hier wird die kleine Untereinheit des Ribosoms gezeigt.
Es weist etwa 200.000 Atome auf.
Sie müssen nur das Bild vergrößern und nach den erkennbaren Teilen suchen.
Wenn Sie hierher sehen, finden Sie 2 Kämme, einen hier und einen hier, und wenn Sie wissen, was Sie tun,
werden Sie erkennen, dass es sich um zwei Ketten der Nukleinsäure geht, die umeinander in der Form einer Doppelhelix gewunden sind.
Und plötzlich können Sie wie bei einem Puzzle die molekularen Stücke zu einem Bild zusammenfügen,
mit dem Unterschied, dass es ein 3-dimensionales Puzzle ist, und Sie die Antwort im Voraus nicht wissen,
weil sie nicht auf dem Deckel der Schachtel abgebildet ist.
Und jetzt haben Sie plötzlich aus einem Bild eine Molekülstruktur abgeleitet.
Aber es ist nur ein Teil der Struktur und Sie müssen herausfinden, wohin es gehört,
und Sie müssen weiterbauen, bis Sie das gesamte Molekül zusammengesetzt haben.
Eigentlich bauen Sie so lange, bis Sie keine Dichte mehr haben, die Teil des zu deutenden Bildes wäre,
und haben am Ende dann eine komplette Struktur.
Nun, dies ist eine Art von Prozess, mit dessen Hilfe jedes Molekül direkt während der letzten 100 Jahre abgebildet wurde.
Es gibt andere Möglichkeiten zur Bestimmung der Molekülstruktur.
Kurt Wüthrich, wie Sie wissen, erfand eine Methode zur Bestimmung der Molekülstruktur durch NMR,
durch eine Reihe von Einschränkungen innerhalb einer Kette, die die Form der Kette
und Anordnung der Gruppen an der Kette definiert.
Es ist nicht eine direkte Visualisierung oder Bildgebung wie es die Kristallographie oder die Lichtmikroskopie ist.
Dieses Verfahren kam von Natriumchlorid, das aus 2 Atomen besteht,
und es kann die vollständige Atomstruktur von so etwas wie einem ganzen Ribosom bestimmen,
das eine halbe Million Atome aufweist.
Und in der Tat, jetzt haben wir eine Struktur des Ribosoms von höheren Organismen
mit fast einer Million Atomen abgebildet.
So können Sie sehen wie dieses unglaublich leistungsfähige Verfahren die Chemie veränderte
und es ist ein Grund, warum so viele Nobelpreise für Chemie auf dem Gebiet der Molekülstruktur verliehen wurden.
Das Problem besteht darin, dass wenn Sie immer komplexere Moleküle studieren,
es immer schwerer wird, sie zu kristallisieren.
Viele meiner Leute haben jahrelang erfolglos versucht, bestimmte Moleküle zu kristallisieren.
Das andere Problem besteht darin, dass viele Molekülgebilde instabil sind.
Sie bleiben nicht stabil genug und sie sind nicht konformativ homogen genug,
um zu kristallisieren und durch Röntgenkristallographie abgebildet zu werden.
Das wirft eine Frage auf.
Ich bin ein Biologe der Struktur von Ribosomen untersucht.
Ich bin kein echter Röntgen-Kristallograph, und daher kam mir die Frage, was ich wirklich sein will und tun will.
Falls Sie nicht wissen, was Ihr Ziel ist, können Sie in Schwierigkeiten geraten.
Falls jemand früher gesagt hätte, dass Kodak Pleite gehen würde,
hätte ich ihn für verrückt gehalten.
Und jetzt 131 Jahre später ist Kodak bankrott, weil die Firma nicht erkannte,
dass ihre Zukunft im Bildverarbeitungsgeschäft und nicht im Filmgeschäft lag.
Und das obwohl sie einen der ersten wirklich guten digitalen Chip für die Fotografie bauten,
denn irgendjemand bei Kodak beschloss offenbar, nicht zu weit zu entwickeln
um das Filmgeschäft nicht zu gefährden.
Ein großer Fehler. Gut.
Ich wollte nicht solche Fehler begehen.
Wenn man sich umsieht, findet man eine andere Technik - die Elektronenmikroskopie,
die die richtige Wellenlänge hat um Molekülstruktur zu betrachten.
Hier links ist Ernst Ruska und hier rechts ist sein Elektronenmikroskop.
Sie werden sehen, dass er 53 Jahre auf die Verleihung des Nobelpreises warten musste,
und er starb nur 2 Jahre nachdem er den Nobelpreis erhielt.
Es muss so etwas wie die Rekord-Wartezeit für den Nobelpreis sein.
Die Materialwissenschaftler waren auch immer in der Lage, die Atomstruktur mit Hilfe
der Elektronenmikroskopie fast seit ihrer Erfindung zu bestimmen.
Aber der Kontrast und die Komplexität der biologischen Moleküle bedeuteten, dass man es bei biologischen Molekülen nicht machen konnte.
Wie wurde die Elektronenmikroskopie in der Biologie eingesetzt?
Ein klassischer Weg wäre, die Schnitte von Zellen zu machen und diese mit Schweratomen zu färben
und dann die Zellen anzusehen, jene Feinstrukturen von Zellen,
die uns aus jedem Lehrbuch vertraut sind.
Aber das habe ich nicht gemeint.
Was ich meinte ist, wie man die Molekülstrukturen mittels der Elektronenmikroskopie in der Biologie erhält.
Pioniere waren hier David De Rosier und Aaron Klug.
Dies ist ein Bild, ein Diagramm, aus ihrem Artikel in Nature aus dem Jahr 1968,
wiedergegeben in Aaron Klugs Nobelpreisrede im Jahre 1982.
Die Idee bestand darin, dass wenn Sie eine Probe hier haben und sie mit einem Elektronenstrahl durchstrahlen,
und das Bild dann bündeln um ein Bild zu erzeugen, dann haben Sie eine zweidimensionale Projektion des Moleküls oder des Objekts.
Nun, wenn Sie aus einer anderen Richtung daraufschauen,
würden Sie eine andere zweidimensionale Projektion erhalten.
Falls Sie imstande sind, alle diese zweidimensionalen Projektionen zu kombinieren,
könnten Sie möglicherweise eine 3-dimensionale Struktur des Objekts erstellen.
Natürlich ändert man in einem Elektronenmikroskop nicht die Strahlrichtung.
Man kann aber die Probe drehen
und auf diese Weise verschiedene Ansichten verprüfen.
De Rosier und Klug erkannten eine Regelmäßigkeit,
dass wenn sie eine Fourier-Transformation des zweidimensionalen Abbildes des Objekts vornahmen,
dann wäre sie wie eine Ebene im Fourier-Raum.
Und wenn Sie alle diese Ebenen zusammenführen und dann die Fourier-Ebenen umgekehrt transformieren,
erhalten Sie wieder ein 3-dimensionales Abbild des Objekts.
Denjenigen unter Ihnen, die in der Zellbiologie mehr auf der medizinischen Seite sind, kann ich sagen,
dass es genau wie Computertomographie funktioniert.
Sie haben verschiedene Projektionen des Objekts, und es gibt einen Weg, diese Projektionen zu rekombinieren,
um ein 3-dimensionales Abbild zu erhalten.
Das Problem dabei ist, dass biologische Proben einen sehr niedrigen Kontrast aufweisen,
und deswegen diese einzufärben sind um sie gut zu sehen.
Das ist das eine Problem.
Ein anderes Problem ist, wenn Sie diese nicht färben,
dann ist der Kontrast so gering, dass Sie viele Elektronen brauchen um ein gutes Abbild zu haben.
Und Elektronen sind schädigend, und bis Sie Ihre Messreihe abgeschlossen haben,
die aus vielen Einzelmessungen besteht, wird Ihre Probe tot sein.
Sie haben ihre Molekülstruktur zerstört.
Es gibt ein paar Möglichkeiten, das zu vermeiden.
Eine besteht darin eine Mischung aus dem gleichen Molekül zu haben und sie alle gleichzeitig zu betrachten.
Denn dann befinden sich alle diese Moleküle in verschiedenen Ausrichtungen und jedes von ihnen führt zu einer unterschiedlichen Projektion.
Und der Trick ist herauszufinden, welche Ausrichtung dieses Moleküls zu dieser Projektion führt
und dasselbe für dieses Molekül und dasselbe für dieses Molekül.
Wenn Sie es herausfinden können, dann wissen Sie, dass diese Projektion hier dieser Ansicht,
diese Projektion hier dieser Ansicht, diese Projektion dieser Ansicht entspricht.
Und haben damit Tausende Ansichten gleichzeitig.
Das bedeutet auch, dass Sie die Moleküle nicht so stark bestrahlen müssen.
Sie erhalten die Möglichkeit den Durchschnitt aus all diesen Tausenden Molekülen zu ermitteln,
und so können Sie eine 3-dimensionale Struktur erhalten.
Der andere wirklich große Fortschritt besteht darin,
dass man die Moleküle in ihrem natürlichen Zustand betrachten kann
wenn man Sie in Eis einbettet, welches sehr schnell abgekühlt wurde
und somit nicht kristallin ist (so etwas, was wir als Glaseis bezeichnen).
Und so können sie sehr große Molekül-Komplexe in ihrem natürlichen Zustand betrachten.
Das Problem besteht darin, dass selbst dann sehr viele Störsignale vorhanden sind.
Hier ist ein Bereich von Ribosomen, der aus ziemlich großen Molekülen besteht,
und die Forscher machen Witze, dass man mit einer Ribosomprobe besonders leicht arbeiten kann.
Aber gleichwohl, wenn Sie schauen wollen, wie eine einzelne Projektion des Moleküls aussieht,
können Sie sie kaum sehen.
Sie können kaum sehen, wie diese aussieht, ganz zu schweigen von irgendeiner Art von Atomstruktur.
Und doch wurde dieses Verfahren verwendet, um etwas mit einer ungefähren Auflösung von 27 Angström beim Ribosom abzubilden.
Es ist das erste Mal, dass man tatsächlich die tRNA-Moleküle innerhalb des Ribosoms visualisierte.
Obwohl es Ribosom-Kristalle schon damals seit ca. 15 Jahren gab,
waren diese Bilder aus dem Jahre 1995 bei weitem die besten, die wir von Ribosomen hatten.
Natürlich wurden sie schon in den nächsten Jahren durch kristallographische Methoden abgelöst.
Aber trotzdem, es zeigte, dass man dadurch etwas über die Form der Moleküle herausfinden konnte.
Aber konnte man diese Methode einsetzen, um Strukturen von biologischen Molekülen zu erhalten?
Es schien damals im Jahre 1995 unmöglich, weil ein sehr großes Molekül,
das gut zu sehen war, trotzdem nur etwa 27 Angström Auflösung lieferte.
Aber in demselben Jahr gab es tatsächlich eine bahnbrechende Veröffentlichung, von jemandem, der in meinem Labor arbeitete -
dem damaligen Laborleiter, der mich eigentlich angestellt war, obwohl, apropos, zurzeit bin ich sein Chef.
Er veröffentlichte diesen Artikel,
der im Grunde eine theoretische Arbeit war, die ein Ergebnis seiner Studien an Bakteriorhodopsin darstellte.
Und er schlug vor,
für Moleküle mit etwa 100.000 Dalton oder darüber,
mittels Elektronen die Atomstruktur mit nur 10.000 Molekülen zu bestimmen.
Was hat er unter Atomstruktur gemeint?
Er meinte, 3 Angström-Auflösung.
Jetzt 15 Jahre später, gibt es noch keine Atomstrukturen mit Ausnahme von Viren,
die sehr große symmetrische Moleküle miterfassen, die Millionen und Abermillionen Kopien von Molekülen vereinigen.
Es war fraglich, wie diese Dinge jemals zustande kämen, obwohl niemand jemals einen Fehler im Artikel von Richards finden konnte.
In der Tat waren alle einig, dass er Recht hatte, und es war nicht klar, was genau vorging,
obwohl Richard selbst vom Umfang der Einschränkungen wusste und daran die letzten 20 Jahre arbeitete.
Jetzt haben wir eine weitere Revolution in der Auflösung - und das ist nicht mein Begriff,
das ist der Begriff von Werner Kühlbrandt, der diese Zusammenfassung verfasste,
die unserem Artikel über das mitochondriale Ribosom im Magazin Science vom letzten Jahr beilag.
Wenn Sie im Detail wissen möchten, worum es ging, rate ich ihnen, diese sehr kurze Zusammenfassung zu lesen,
um eine Vorstellung davon zu haben, was auf dem Gebiet passiert.
Aber ich werde Ihnen ganz kurz darüber berichten.
Es gibt zwei Hauptfortschritte.
Zunächst sind die Mikroskope in den letzten 20 Jahren immer besser geworden.
Wir haben bessere Objekttische, stabilere Mikroskope, usw., aber das alles hat nicht zu dieser Verbesserung geführt.
Natürlich war es eine Verbesserung, aber nicht so sehr um Atomstrukturen zu sehen.
In den letzten Jahren gab es Folgendes: wir bekamen bessere Detektoren
und bessere Möglichkeiten zur Datenverarbeitung.
Zunächst bessere Detektoren.
Ein klassischer Weg zur Ermittlung der Elektronen ist die Verwendung des Filmes.
Der Film ist ein einigermaßen guter Elektronendetektor.
Eigentlich ist er ein Direktdetektor.
Die Benennung dieser neuen elektronischen Detektoren als Direktdetektoren ist eine unglückliche Benennung,
denn Film ist auch ein Direktdetektor.
Der Film ist dazu zeit- und arbeitsaufwendig.
Man muss ihn scannen.
Er hat seine eigenen Probleme wie Homogenität und Störanfälligkeit und so weiter.
Dann kamen CCD-Detektoren.
Aber CCD-Detektor ist eigentlich ein sehr schlechter Elektronendetektor, denn er wandelt Elektronen in Fluoreszenzlicht um
und danach wird das Licht über Glasfaser von einem CCD-Chip erfasst.
Richard pflegte den Menschen zu sagen, dass wenn sie Ihre Daten ruinieren und noch schlechtere Daten haben möchten,
dann sollten Sie auf Film verzichten und zu CCD wechseln.
In der Zwischenzeit vereinigte eine neue Klasse von Detektoren auf Grundlage des CMOS-Chips die Vorteile des Films,
direkt Elektronen zu ermitteln, mit der Bequemlichkeit des CCD,
indem die Entwicklung und Scannen des Films usw. entfallen.
Sie haben ein besseres Signal-Rausch-Verhältnis als Film und erheblich bessere detektive Quanten-Ausbeute als Film,
so dass sie viel empfindlicher als Film sind.
Zu den anderen Innovationen gehört eine bessere Bildverarbeitung,
und bessere Algorithmen zur Optimierung von sehr verrauschten Bildern.
Wir kamen auf die Elektronenmikrospie, weil dieser Postdoktorand, Israel Sanchez,
3 Jahre lang versuchte, einen ribosomalen Komplex zu kristallisieren, und nichts erzielte.
Und aus Frustration entschied er sich mit einem anderen Postdoktorand, Xiao-Chen Bai, zusammenzuarbeiten,
der für meinen Kollegen Sjors Scheres arbeitete, und diese 2 Männer beschäftigten sich mit der Elektronenmikroskopie.
Sie gingen so vor, dass sie sich seine Proben im Detail ansahen.
Um da voranzukommen nahm er zunächst Proben von Ribosomen,
und danach Komplexe, um sie zu betrachten.
Und dabei hat er zwei Entdeckungen gemacht.
Eine war, dass die Probe ionisiert wird, wenn Elektronen auftreffen.
Und wenn das in einem nicht leitfähigen Medium wie Eis, Glaseis geschieht, schafft es sehr große lokale Felder.
Dieses Phänomen heiß Aufladung.
Und die Moleküle beginnen sich zu bewegen,
weil sie geladen sind und das ist ihre Reaktion auf die starken lokalen Felder.
Sobald Ihre Probe getroffen wird, von der ersten Minute, wenn Sie die zu beobachten beginnen, bewegen sich die Proben.
Ich zeige es Ihnen, um die strahlinduzierte Bewegung zu veranschaulichen.
Ich zeige es Ihnen, obwohl wir das Problem jetzt im Griff haben, aber es war mal ein Problem.
Nun, diesen neuen Detektoren sind sehr schnell,
so sind wir in der Lage, tatsächlich etwas gegen diese strahlinduzierte Bewegung zu tun.
Erstens, was diese neuen Algorithmen erstellen, wie sie auf diesem Abbild hier sehen, ist ziemlich verrauscht.
Es bleibt uns nur noch übrig zu fragen,
welche Ausrichtung die Moleküle haben, die zu dieser bestimmten Projektion führte?
Um darauf die Antwort zu kriegen, machen sie eine mathematische Berechnung.
Sie berechnen alle möglichen Projektionen und entscheiden, welche Projektion mit der beobachtenden Projektion übereinstimmt.
Im Grunde genommen, ist das die Essenz der Idee.
Aber wenn es verrauscht ist, kann Ihnen eine ungenaue Projektion manchmal eine bessere Übereinstimmung geben
als die tatsächliche Ausrichtung des Moleküls.
Das ist ein klassisches Problem mit verrauschten Daten, dass Sie nämlich das falsche Minimum als Basislevel definieren.
Und was Sjors Scheres tat, war die Anwendung einer sehr bekannten statistischen Methode, die als Bayessche Wahrscheinlichkeit bekannt ist.
Also anstatt zu fragen, welche angepasste Ausrichtung des Moleküls am besten mit dieser Projektion übereinstimmt, fragte er:
„Wie groß ist die Wahrscheinlichkeit für jede gegebene Ausrichtung, dass sie zu dieser Projektion führen wird?“
Mit der Implementierung dieser Bayesschen Wahrscheinlichkeit und danach mit deren Benutzung für die Rekombination,
können Sie zu einer sehr besseren und sehr viel genaueren 3-dimensionalen Rekonstruktion des Moleküls gelangen.
Die andere Sache, worauf ich hingewiesen habe, ist die Strahlbewegung.
Jetzt stellt sich heraus, dass diese Detektoren so schnell sind, das was Sie hier sehen, ist ein 1-Sekunden-Abbild,
und das hier, wie eine 1-Sekunden-Projektion eines Teilchens aussieht.
Aber dieses 1-Sekunden-Abbild stellt eigentlich 16 Einzelbilder dar, die hier gezeigt werden.
Sie können fragen, falls ich die Bewegung dieses Moleküls von einem Einzelbild zu einem anderen beobachten konnte,
dann könnte ich die Bewegung der Moleküle verfolgen.
Um das zu tun, müssen Sie in der Lage sein, das Molekül innerhalb der Einzelbilder zu erkennen.
Natürlich, wenn Sie alle 16 Einzelbilder addieren,
gibt es hier eine genügende Zeichengabe zur Erkennung des Moleküls und dessen Ausrichtung.
Jetzt stellt sich für die Ribosomen heraus, dass Sie es mit 8 Einzelbilder tun können,
und Sie können es mit 6 oder 4 Einzelbildern aber nicht mit 2 Einzelbilder tun,
da es so verrauscht wird, dass Sie eine fehlerhafte Position und Ausrichtung des Moleküls bekommen,
was nicht gut genug ist.
Wir können eine 4-Einzelbild-Zusammenfassung machen und dann dies über jene 16 Einzelbilder bewegen.
Und das führt dazu, die Bewegung des Moleküls während dieser 1 Sekunde verfolgen zu können.
Sobald Sie in der Lage sind, es zu verfolgen, können Sie
eine Korrektur für die Bewegung in jedem dieser Einzelbilder vorzunehmen und dann die korrigierten Einzelbilder zusammenzufügen.
So, jetzt haben Sie eine Projektion, deren Bewegung korrigiert ist, und so ist es nicht verschwommen; es ist gut scharfgestellt.
Was Sjors und seine Kollegen zusammen mit meinem Postdoktorand Israel diese Arbeit taten, war,
Sie nahmen nur 30.000 Teile des Ribosoms,
und Sie konnten tatsächlich diese Molekülstränge abtrennen, die als beta-Stränge bezeichnet werden.
Und Sie konnten die spiralförmige Struktur der alpha-Helices betrachten und sogar die Dichte an den Seitenketten-Helices erkennen.
Plötzlich sah es so aus als ob sie Atomstrukturen mittels Elektronenmikroskopie bestimmen könnten.
Das ist was 2 andere Postdoktoranden in meinem Labor gegen das Problem taten,
und die kristallographischen Methoden damit in den Schatten gestellt hatten.
Und hier ist die Struktur der mitochondrialen Ribosomen.
Das ist Alexey Amunts, der dieses mitochondriale Projekt in meinem Labor anging und sich wirklich mit der Biologie beschäftigte.
Und das hier ist Alan Brown, der eine brillante Interpretation einer erstaunlich komplexen Struktur durchführte,
worüber vorher sehr wenig bekannt war.
Diese Strukturen wurden in 3 Artikeln in Science binnen des letzten Jahres veröffentlicht,
und das sage ich Ihnen um zu verdeutlichen, dass der Nobelpreis kein "Todeskuss" sein muss.
Ich weiß, dass es eine Versuchung ist, nach der Auszeichnung des Preises Vorträge zu halten und zu Galas willkommen geheißen zu werden.
Aber wenn Sie "Nein" zu den meisten dieser Einladungen sagen und sich wirklich mit der Wissenschaft in ihrem Labor beschäftigen
und sich daran erinnern, was Sie tatsächlich in die Wissenschaft gebracht hat, können Sie immer noch wichtige Artikel veröffentlichen.
Übrigens geht Alexey Amunts dorthin, wo Astrid arbeitet:
an die Universität Stockholm als ein Fakultätsmietglied.
Die Frage ist, was sind die mitochondrialen Ribosomen und warum sind sie interessant?
Mitochondrien sind die Energiekraftwerke unserer Zelle; sie sind Organellen in unserer Zelle,
aber man glaubt, dass sie dadurch entstanden, dass vor 2 Milliarden Jahren eine Zelle eine andere verschluckte.
Und die Zelle, die verschlungen wurde, die nun in einer größeren Zelle war, sich schließlich zu Mitochondrien entwickelte.
Aber weil, in dem Maße, wie Arten divergieren,
die Mitochondrien von der 1. Art mit den Mitochondrien von anderen Arten nicht rekombinieren konnten,
gingen die Mitochondrien verschiedener Arten ihren eigenen Weg auseinander und sie sind unglaublich divergent.
Alexey sah sich diese mitochondrialen Ribosomen an,
und er fand heraus, dass es eine Mischung aus vielen verschiedenen Arten von Teilchen gab.
Und es ist nichts, was jemals herauskristallisiert wäre.
Doch mit diesem Verfahren der Elektronenmikroskopie können wir Mischungen von Teilen sortieren,
und sogar Mischungen verschiedener Konfirmationen des gleichen Teilchens im Objekt sortieren,
was mit einer kristallographischen Methode nicht machbar ist.
Er konnte Abbilder erhalten, die detailliert genug waren, um eine Molekülstruktur abzuleiten,
und dann baute er mit Alan Brown dieses Molekül, das fast eine Million Atome umfasst.
In der Tat haben wir 80 Proteine erstellt, die sehr wenig Sequenzhomologie zu dem haben, was zuvor bekannt war.
Es bedeutet, dass Menschen, die die Molekülstruktur ansehen möchten,
nicht mehr kristallisieren mussten
was die Produktion von großen Mengen an stabilem homogenem Material voraussetzte.
Sie können die gleichförmigen Mischungen von Proben ansehen.
Sie können Molekülen ansehen, die instabil sind.
Und auf dieselbe Weise, wie diese Revolutionen in der optischen Mikroskopie die Zellbiologie transformieren werden,
wird die Revolution in der Elektronenmikroskopie die molekulare Strukturbiologie ändern.
Vielen Dank.
(Beifall)